(57)【要約】【課題】目的音以外の音を効果的に抑圧できる集音装置を提供する。【解決手段】集音装置１０は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄを備える。２つのマイクロホン素子間の距離が距離Ｄ未満となる有効マイクペアの総数は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数よりも多い。距離Ｄは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれから得られる目的音の周波数をｆ、音速をｃとすると、Ｄ＝ｃ／２ｆで表される。有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる全ての有効マイクペアは、θが互いに異なる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホン素子を備え、
前記複数のマイクロホン素子に含まれる任意の２つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、２つのマイクロホン素子間の距離が距離Ｄ未満となる有効マイクペアの総数は、前記複数のマイクロホン素子の総数よりも多く、
前記距離Ｄは、前記複数のマイクロホン素子から得られる目的音の周波数をｆ、音速をｃとすると、Ｄ＝ｃ／２ｆで表され、
前記有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、前記複数のマイクロホン素子から得られる全ての前記有効マイクペアは、θが互いに異なる
集音装置。
【請求項２】
前記複数のマイクロホン素子の総数は、偶数である
請求項１に記載の集音装置。
【請求項３】
前記複数のマイクロホン素子の総数は、６個以上である
請求項１または２に記載の集音装置。
【請求項４】
前記複数のマイクロホン素子から得られる全ての前記有効マイクペアは、当該有効マイクペアから得られる前記第二信号の感度特性において感度が所定値以下となる角度範囲が互いに重複しない
請求項１〜４のいずれか１項に記載の集音装置。
【請求項５】
前記複数のマイクロホン素子は、正Ｎ角形（Ｎは奇数）の頂点に対応する位置、及び、前記正Ｎ角形の中心位置に配置される
請求項１〜４のいずれか１項に記載の集音装置。
【請求項６】
さらに、
前記複数のマイクロホン素子のそれぞれから得られる音声信号に対して遅延を与える遅延部と、
前記遅延部の出力信号を加算することにより第一信号を生成する第一信号生成部と、
前記遅延部の出力信号のうち、前記有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子に対応する前記出力信号を減算することにより第二信号を生成する第二信号生成部と、
前記第二信号にフィルタ係数を適用する適応フィルタ部と、
生成された前記第一信号から、前記フィルタ係数が適用された前記第二信号を減算する減算部と、
前記減算部の減算によって得られる第三信号に基づいて前記フィルタ係数を更新する係数更新部とを備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の集音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ビームフォーミングを行うための集音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビームフォーミングは、複数のマイクロホン素子から取得した音声信号を用いて目的音方向の音を強調した信号を生成する技術である。非特許文献１には、適応フィルタを用いたビームフォーマの一例として、一般化サイドローブキャンセラが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】L. Griffiths and C. W. Jim, “An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming,” IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. AP-30, pp27-34, Jan. 1982.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる集音装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る集音装置は、複数のマイクロホン素子を備え、前記複数のマイクロホン素子に含まれる任意の２つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、２つのマイクロホン素子間の距離が距離Ｄ未満となる有効マイクペアの総数は、前記複数のマイクロホン素子の総数よりも多く、前記距離Ｄは、前記複数のマイクロホン素子から得られる目的音の周波数をｆ、音速をｃとすると、Ｄ＝ｃ／２ｆで表され、前記有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、前記複数のマイクロホン素子から得られる全ての前記有効マイクペアは、θが互いに異なる。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の集音装置は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態に係る集音装置の外観斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る集音装置の内部構造の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る集音装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、主信号、参照信号、及び、出力信号の感度特性によって出力信号の算出式を模式的に示す図である。
【図５】図５は、平面視における複数のマイクロホン素子の配置を示す図である。
【図６】図６は、０°方向を目的音方向として生成された参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６が同じ感度特性を有する場合の参照信号Ｘｒを模式的に示す図である。
【図７】図７は、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６が互いに異なる感度特性を有する場合の参照信号Ｘｒを模式的に示す図である。
【図８】図８は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第一の図である。
【図９】図９は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第二の図である。
【図１０】図１０は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第三の図である。
【図１１】図１１は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す第四の図である。
【図１２】図１２は、マイクロホン素子の総数と雑音抑圧量との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、第一有効マイクペアから得られる第一参照信号の感度特性及び第二有効マイクペアから得られる第二参照信号の感度特性を示す第一の模式図である。
【図１４】図１４は、第一有効マイクペアから得られる第一参照信号の感度特性及び第二有効マイクペアから得られる第二参照信号の感度特性を示す第二の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【０００９】
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
【００１０】
また、以下の実施の形態では、集音装置がある方向から到来する音を主たる出力対象とする場合、当該方向が目的音方向と表現され、当該音を目的音と表現される。また、目的音以外の音は雑音と表現される場合がある。
【００１１】
（実施の形態）
［集音装置の概要］
以下、実施の形態に係る集音装置の概要について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る集音装置の外観斜視図である。図２は、実施の形態に係る集音装置の内部構造の一例を示す模式図である。
【００１２】
図１に示されるように、実施の形態に係る集音装置１０は、略円盤状の装置である。集音装置１０は、例えば、机の上に設置され、電話会議などにおける音声の取得に用いられる。図２に示されるように、集音装置１０は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄと、信号処理部３０とを備える。なお、集音装置１０の形状は、略円盤状に限定されない。
【００１３】
信号処理部３０は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれから得られる音声信号を用いてビームフォーミングを行う。信号処理部３０のビームフォーミングは、目的音方向の感度を確保した上で雑音が死角になるよう指向性を形成する信号処理である。つまり、信号処理部３０のビームフォーミングによれば、目的音方向以外の方向から到来する雑音が抑制される。複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれは無指向性のマイクロホン素子であるが、信号処理部３０のビームフォーミングにより、集音装置１０は目的音方向において高い感度を有する。
【００１４】
［集音装置の機能構成］
次に、集音装置１０の機能構成について説明する。図３は、実施の形態に係る集音装置１０の機能構成を示すブロック図である。図３に示されるように、集音装置１０は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄと、信号処理部３０とを備える。なお、集音装置１０が信号処理部３０を備えることは必須ではなく、信号処理部３０は、集音装置１０とは別の装置として実現されてもよい。
【００１５】
複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄは、ビームフォーミングに用いられる主信号Ｘｍ及び参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６を生成するためのマイクロホンアレイである。言い換えれば、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄは、ビームフォーマである信号処理部３０が音声信号を取得するために用いられる。複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄは、同一平面上に配置される。実施の形態では、集音装置１０は、４つのマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄを備えるが、マイクロホン素子の総数は特に限定されない。マイクロホン素子の総数は、偶数であってもよいし奇数であってもよい。集音装置１０は、例えば、４つ以上のマイクロホン素子を備えてもよい。
【００１６】
信号処理部３０は、ビームフォーマである。信号処理部３０は、より具体的には、一般化サイドローブキャンセラと同様の構成を有する。信号処理部３０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサによって実現されるが、マイクロコンピュータまたは回路によって実現されてもよい。また、信号処理部３０は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、及び、回路のうちの２つ以上の組み合わせによって実現されてもよい。信号処理部３０は、遅延器３１ａ〜３１ｄと、主信号生成部３１と、参照信号生成部３２ａ〜３２ｆと、適応フィルタ３３ａ〜３３ｆと、減算部３４と、係数更新部３５とを備える。
【００１７】
遅延器３１ａ〜３１ｄは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれから得られる音声信号に１対１で対応する。遅延器３１ａ〜３１ｄは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる音声信号に目的音方向に応じた遅延を与え、出力信号として出力する。
【００１８】
主信号生成部３１は、第一信号生成部の一例であって、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれから得られる音声信号であって、遅延器３１ａ〜３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号を加算することにより主信号Ｘｍを生成する。主信号Ｘｍは、第一信号の一例である。
【００１９】
参照信号生成部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、第二信号生成部の一例である。参照信号生成部３２ａ〜３２ｆは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄに含まれる任意の２つのマイクロホン素子によって構成される６組のマイクペアに１対１で対応する。１つの参照信号生成部は、１組のマイクペアを構成するマイクロホン素子のそれぞれから得られる音声信号であって、遅延器３１ａ〜３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号を減算することにより参照信号を生成する。参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６のそれぞれは、第二信号の一例である。
【００２０】
また、適応フィルタ部３３ａ〜３３ｆは、参照信号生成部３２ａ〜３２ｆに１対１で対応する。適応フィルタ部３３ａ〜３３ｆは、対応する参照信号生成部３２ａ〜３２ｆにフィルタ係数α１〜α６を適用する。
【００２１】
例えば、参照信号生成部３２ａは、マイクロホン素子２０ａ及び２０ｂのそれぞれから得られる音声信号に遅延器３１ａ及び３１ｂによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ａ及び３１ｂの出力信号）を減算することにより参照信号Ｘｒ１を生成する。適応フィルタ部３３ａは、参照信号Ｘｒ１にフィルタ係数α１を適用する。
【００２２】
同様に、参照信号生成部３２ｂは、マイクロホン素子２０ａ及び２０ｃのそれぞれから得られる音声信号に遅延器３１ａ及び３１ｃによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ａ及び３１ｃの出力信号）を減算することにより参照信号Ｘｒ２を生成する。適応フィルタ部３３ｂは、参照信号Ｘｒ２にフィルタ係数α２を適用する。
【００２３】
参照信号生成部３２ｃは、マイクロホン素子２０ａ及び２０ｄのそれぞれから得られる音声信号に遅延器３１ａ及び３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ａ及び３１ｄの出力信号）を減算することにより参照信号Ｘｒ３を生成する。適応フィルタ部３３ｃは、参照信号Ｘｒ３にフィルタ係数α３を適用する。
【００２４】
参照信号生成部３２ｄは、マイクロホン素子２０ｂ及び２０ｃのそれぞれから得られる音声信号に遅延器３１ｂ及び３１ｃによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ｂ及び３１ｃの出力信号）を減算することにより参照信号Ｘｒ４を生成する。適応フィルタ部３３ｄは、参照信号Ｘｒ４にフィルタ係数α４を適用する。
【００２５】
参照信号生成部３２ｅは、マイクロホン素子２０ｂ及び２０ｄのそれぞれから得られる音声信号に遅延器３１ｂ及び３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ｂ及び３１ｄの出力信号）を減算することにより参照信号Ｘｒ５を生成する。適応フィルタ部３３ｅは、参照信号Ｘｒ５にフィルタ係数α５を適用する。
【００２６】
参照信号生成部３２ｆは、マイクロホン素子２０ｃ及び２０ｄのそれぞれから得られる音声信号に遅延器３１ｃ及び３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ｃ及び３１ｄの出力信号）を減算することにより参照信号Ｘｒ６を生成する。適応フィルタ部３３ｆは、参照信号Ｘｒ６にフィルタ係数α６を適用する。
【００２７】
減算部３４は、生成された主信号Ｘｍから、フィルタ係数α１〜α６が適用された参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６を減算する。減算した結果得られる出力信号Ｙは、下記の式１で表される。出力信号Ｙは、第三信号の一例である。式１において、ｎはマイクペアの数である。つまり、ｎは自然数であり、集音装置１０においてはｎ＝６である。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
係数更新部３５は、減算部の減算によって得られる出力信号Ｙに基づいてフィルタ係数α１〜α６を更新する。
【００３０】
図４は、主信号Ｘｍ、参照信号Ｘｒ、及び、出力信号Ｙの感度特性によって式１を模式的に示す図である。なお、参照信号Ｘｒは、フィルタ係数α１〜α６が適用された参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６の合計（α１Ｘｒ１＋α２Ｘｒ２＋α３Ｘｒ３＋α４Ｘｒ４＋α５Ｘｒ５＋α６Ｘｒ６）を意味する。感度特性は、言い換えれば、指向性である。
【００３１】
図４に示されるように、主信号Ｘｍは、全方向に高い感度を有する。これに対し、参照信号Ｘｒは、適応フィルタ部３３ａ〜３３ｆ、及び、係数更新部３５によって、目的音方向において低い感度を有している。したがって、主信号Ｘｍから参照信号Ｘｒを減算することによって得られる出力信号Ｙは、目的音方向に高い感度を有する。なお、目的音方向は、言い換えれば、ビーム方向である。
【００３２】
［複数のマイクロホン素子の配置］
集音装置１０において、信号処理部３０は、出力信号Ｙにおけるビーム方向を変更することができる。例えば、集音装置１０は、タッチパネルまたは操作ボタンなどのユーザインターフェースを備え、信号処理部３０は、当該ユーザインターフェースを通じて受け付けたユーザの操作に基づいてビーム方向を変更する。あるいは、信号処理部３０は、音量などを検知して自動的にビーム方向を変更する。
【００３３】
このように、信号処理部３０がビーム方向可変のビームフォーミングを行う場合、出力信号Ｙにおいて、ビーム方向がどのような方向であってもビーム方向以外の方向の感度が極力低減される必要がある。そこで、集音装置１０においては、このような性能を確保するために複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの配置が定められている。
【００３４】
まず、集音装置１０においては、有効マイクペアの総数が複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数よりも多い。ここで、有効マイクペアは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄに含まれる任意の２つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、２つのマイクロホン素子間の距離が距離Ｄ未満となるマイクペアである。距離Ｄは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる目的音の周波数をｆ、音速をｃとすると、Ｄ＝ｃ／２ｆで表される。集音装置１０において、有効マイクペアの総数は６個であり、複数のマイクロホン素子の総数は４個である。
【００３５】
なお、距離Ｄは、目的音の周波数に応じて異なる。例えば、目的音の周波数が８ｋＨｚである場合、音速ｃ＝３４０００ｃｍ／ｓであれば、距離Ｄは２．１２５ｃｍである。また、目的音の周波数が４ｋＨｚである場合、音速ｃ＝３４０００ｃｍ／ｓであれば、距離Ｄは４．２５ｃｍである。
【００３６】
２つのマイクロホン素子間の距離が距離Ｄ以上となる非有効マイクペアから算出される参照信号は、信号処理において折り返し成分が発生してしまう等の理由により、当該非有効マイクペアの配置から想定される感度特性を有しない場合がある。つまり、非有効マイクペアから算出される参照信号は、想定外の感度特性を有する場合があり、精度の高い出力信号Ｙを生成することの妨げとなる。集音装置１０においては、有効マイクペアの総数が複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数よりも多いことにより、精度の高い出力信号Ｙの生成が実現されている。
【００３７】
なお、集音装置１０においては、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られるマイクペアは、全て有効マイクペアである。つまり、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られるマイクペアの総数は、有効マイクペアの総数に等しい。しかしながら。複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られるマイクペアの一部が有効マイクペアであってもよい。
【００３８】
また、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄが配置された平面を当該平面に垂直な方向から見た平面視において、有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄに含まれる全ての有効マイクペアは、θが互いに異なる。図５は、平面視における複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの配置を示す図である。なお、図５では、座標軸が示されている。図５の例では、上記所定の直線は、例えば、Ｘ軸またはＸ軸に平行な直線であるが、Ｙ軸またはＹ軸に平行な直線であってもよい。所定の直線は、Ｘ軸及びＹ軸の両方と交差する直線であってもよい。所定の直線は、任意に一つ定められればよい。有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とが平行である場合、θは０である。
【００３９】
図５に示されるように、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子２０ｂ及び２０ｄを結ぶ直線Ｌ１とＸ軸とのなす角度はθ１である。有効マイクペアを構成するマイクロホン素子２０ｂ及び２０ｃを結ぶ直線Ｌ２とＸ軸とのなす角度はθ２であり、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子２０ａ及び２０ｄを結ぶ直線Ｌ３とＸ軸とのなす角度はθ３である。
【００４０】
同様に、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子２０ａ及び２０ｃを結ぶ直線Ｌ４とＸ軸とのなす角度は、θ４である。有効マイクペアを構成するマイクロホン素子２０ａ及び２０ｂを結ぶ直線Ｌ５とＸ軸とのなす角度は、θ５であり、有効マイクペアを構成するマイクロホン素子２０ｃ及び２０ｄを結ぶ直線Ｌ６とＸ軸とのなす角度は、θ６である。
【００４１】
ここで、θ１は、θ２〜θ６のいずれとも異なり、θ２は、θ１、θ３〜θ６のいずれとも異なる。θ３〜θ６についても同様である。なお、θが異なるとは、図５のように同じ基準に基づいて定義されたθが異なることを意味する。例えば、図５で、θ１と１８０°−θ６とが一致する場合も、θ１とθ６とは異なると判定される。
【００４２】
このようなθの違いは、参照信号における感度特性の違いとなる。仮に、θ１〜θ６が全て同一であるとすると、６つの有効マイクペアから得られる参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６は、同じような感度特性を有する。図６は、０°方向を目的音方向として生成された参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６が同じ感度特性を有する場合の参照信号Ｘｒを模式的に示す図である。
【００４３】
図６に示されるように、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６それぞれが、目的音方向の０°方向と１８０°方向に低い感度を有する（以下、死角を有するとも表現される）とすると、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６を加算した参照信号Ｘｒも０°方向及び１８０°方向に死角を有する。そうすると、出力信号Ｙにおいて、１８０°方向の感度を下げること、つまり、１８０°方向の雑音を抑圧することが難しくなる。
【００４４】
これに対し、θ１〜θ６が全て互いに異なる場合には、６つの有効マイクペアから得られる参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６は、異なる感度特性を有する。図７は、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６が互いに異なる感度特性を有する場合の参照信号Ｘｒを模式的に示す図である。
【００４５】
図７に示されるように、θ１〜θ６が全て互いに異なる場合には、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６のそれぞれが異なる方向に死角を有する。このため、一の参照信号の死角を他の参照信号で補うことができる。つまり、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００４６】
以上説明したように、集音装置１０における複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの配置は、２つの要件を満たせばよい。要件の１つは、集音装置１０が備える有効マイクペアの総数が集音装置１０が備える複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数よりも多いことである。要件のもう一つは、集音装置１０が備える全ての有効マイクペアのθが互いに異なることである。
【００４７】
これにより、集音装置１０は、一の参照信号の死角を他の参照信号で補うことができるため、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。つまり、集音装置１０は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。また、このような複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの配置は、集音装置１０が目的音方向の変更が可能な装置である場合、あるいは、集音装置１０が目的音方向の変更が可能なシステムに用いられる場合等に特に有用である。
【００４８】
［複数のマイクロホン素子の配置の評価］
参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６それぞれが有する死角は分散している方がよい。理想的には、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６それぞれが有する死角は均等に分散している方がよい。参照信号において死角を均等に分散させるために、集音装置１０においては、θ１〜θ６は、１８０°／６＝３０°ずつ異なるとよい。例えば、（θ２、θ３、θ４、θ５、θ６）＝（θ１＋３０°、θ１＋６０°、θ１＋９０°、θ１＋１２０°、θ１＋１５０°）であるとよい。有効マイクペアの総数がｎ（ｎは自然数）個である場合には、ｎ個の有効マイクペアは、θが１８０°／ｎずつ異なるとよい。これにより、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００４９】
ここで、複数のマイクロホン素子の配置の評価する手法として、有効マイクペア間のθの差に基づく評価手法が考えられる。具体的には、有効マイクペアをθが降順になるようにソートし、隣り合う有効マイクペア間のθの差に基づいて、複数のマイクロホン素子の配置を評価することができる。このときの評価値Ａは、例えば、以下の式２で表される。式２中のＴｋは、式３で表され、式２中のＴｉｄｅａｌは、式４で表される。
【００５０】
【数２】
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【００５１】
評価値Ａは、小さいほど良い。つまり、評価値Ａが小さいほど、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。図８〜図１１は、複数のマイクロホン素子の配置に対する評価結果を示す図である。図８〜図１１においては、マイクロホン素子の位置が座標軸上にドットで示されている。
【００５２】
図８及び図９では、複数のマイクロホン素子の総数は３個である。図８に示されるように、３つのマイクロホン素子が正三角形の頂点に対応する位置に配置されている場合に、評価値Ａは０となる。また、図９に示されるように、３つのマイクロホン素子がほぼ直線状に配置されている場合に、評価値Ａは非常に大きくなる。
【００５３】
一方、図１０及び図１１では、複数のマイクロホン素子の総数は８個である。図１０の配置では、有効マイクペアのうち他の有効マイクペアの全てとθが異なる有効マイクペアの総数は１４個であり、評価値Ａは０．０５である。図１０の配置では、有効マイクペアの総数は、（複数のマイクロホン素子の総数−１）×２個となる。図１０の配置では、複数のマイクロホン素子は、正七角形の頂点に対応する位置、及び、正七角形の中心位置（重心位置）に配置される。このように複数のマイクロホン素子の配置は、正Ｎ角形（Ｎは奇数）の頂点に対応する位置、及び、前記正Ｎ角形の中心位置に配置されてもよい。なお、この場合の正Ｎ角形は、厳密な正Ｎ角形を意味するわけではなく、実質的に正Ｎ角形であればよい。
【００５４】
一方、図１１の配置では、有効マイクペアのうち他の有効マイクペアの全てとθが異なる有効マイクペアの総数は１２個であり、評価値Ａは５．８５である。図１１の配置では、有効マイクペアの総数は、（複数のマイクロホン素子の総数−１）×２個よりも少なくなる。
【００５５】
以上のように、有効マイクペアの総数は、（複数のマイクロホン素子の総数−１）×２個以下であってもよい。
【００５６】
［マイクロホン素子の総数］
集音装置１０は、４つのマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄを備えるが、集音装置１０が備えるマイクロホン素子の総数は特に限定されない。集音装置１０は、例えば、６個以上のマイクロホン素子を備えてもよい。図１２は、マイクロホン素子の総数と雑音抑圧量との関係を示す図である。なお、図１２は、円周に沿ってマイクロホン素子を等間隔で配置し、信号処理部３０のような一般化サイドローブキャンセラによって信号処理を行った場合の雑音抑圧量を示している。
【００５７】
図１２に示されるように、マイクロホン素子の総数が増えると雑音抑圧量は増える。ここで、マイクロホン素子の総数が６個以上になると、雑音抑圧量の増加量が大きく減少する傾向がある。このため、集音装置１０が６個以上のマイクロホン素子を備えれば、十分な雑音抑圧量が得られると考えられる。
【００５８】
なお、音響の技術分野では、ステレオシステムなど、スピーカまたはマイクロホン素子を偶数個使用する機器が多い。このため、集音装置１０が備えるマイクロホン素子の総数が偶数個であれば、他のハードウェアとの整合を取りやすい効果が得られる。
【００５９】
［参照信号の死角範囲］
複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる全ての有効マイクペアは、当該有効マイクペアから得られる参照信号の死角範囲が互いに重複しないように配置されてもよい。以下、参照信号の死角範囲について説明する。図１３及び図１４は、第一有効マイクペアから得られる第一参照信号の感度特性及び第二有効マイクペアから得られる第二参照信号の感度特性を示す模式図である。なお、第一有効マイクペア及び第二有効マイクペアのそれぞれは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる有効マイクペアである。
【００６０】
第一死角範囲Ｒ１は、例えば、第一参照信号の感度特性において感度が−６０ｄＢ以下となる角度範囲である。第二死角範囲Ｒ２は、例えば、第二参照信号の感度特性において感度が−６０ｄＢ以下となる角度範囲である。なお、死角範囲は、参照信号の感度特性において感度が所定値以下となる範囲であればよく、−６０ｄＢは、所定値の一例である。
【００６１】
ここで、図１３は、第一死角範囲Ｒ１及び第二死角範囲Ｒ２が重複している場合を示し、図１４は、第一死角範囲Ｒ１及び第二死角範囲Ｒ２が重複していない場合を示している。図１４に示されるように、第一死角範囲Ｒ１及び第二死角範囲Ｒ２が重複しなければ、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００６２】
対象マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子のマイクロホン間の距離が２．１２５ｃｍである場合、死角範囲は、感度が最小となる角度を中心として±０．０５°の範囲である。なお、第一参照信号の感度特性において感度が最小となる角度と第二参照信号の感度特性において感度が最小となる角度との差は、第一有効マイクペアのθと第二有効マイクペアのθとの差に等しくなる。したがって、第一死角範囲Ｒ１と第二死角範囲Ｒ２とが重ならないことは、第一有効マイクペアのθと第二有効マイクペアのθとが少なくとも０．１°以上異なることに相当する。
【００６３】
このように、集音装置１０において、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる全ての有効マイクペアは、死角範囲が互いに重複しなくてもよい。死角範囲は、有効マイクペアから得られる第二信号の感度特性において感度が所定値以下となる角度範囲である。これにより、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００６４】
［効果等］
以上説明したように、集音装置１０は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄを備える。複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄに含まれる任意の２つのマイクロホン素子によって構成されるマイクペアのうち、２つのマイクロホン素子間の距離が距離Ｄ未満となる有効マイクペアの総数は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数よりも多い。
【００６５】
距離Ｄは、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる目的音の周波数をｆ、音速をｃとすると、Ｄ＝ｃ／２ｆで表される。有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子を結ぶ直線と所定の直線とのなす角度をθとすると、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる全ての有効マイクペアは、θが互いに異なる。
【００６６】
これにより、集音装置１０は、一の参照信号の死角を他の参照信号で補うことができるため、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。つまり、集音装置１０は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。
【００６７】
また、例えば、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数は、偶数である。
【００６８】
これにより、他のハードウェアとの整合を取りやすい効果が得られる。
【００６９】
また、例えば、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄの総数は、６個以上である。
【００７０】
これにより、十分な雑音抑圧量が得られる。
【００７１】
また、例えば、有効マイクペアの総数をｎ（ｎは自然数）とすると、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄに含まれる全ての有効マイクペアは、θが１８０／ｎ［°］ずつ異なる。
【００７２】
これにより、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００７３】
また、例えば、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる全ての有効マイクペアは、当該有効マイクペアから得られる第二信号の感度特性において感度が所定値以下となる角度範囲が互いに重複しない。
【００７４】
これにより、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００７５】
また、例えば、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られるマイクペアの総数は、有効マイクペアの総数に等しい。
【００７６】
これにより、全てのマイクペアが有効マイクペアとして機能するため、集音装置１０は、目的音以外の音を効果的に抑圧できる。
【００７７】
また、例えば、複数のマイクロホン素子は、正Ｎ角形（Ｎは奇数）の頂点に対応する位置、及び、前記正Ｎ角形の中心位置に配置される。
【００７８】
このように、一つマイクロホン素子を中心として、その周囲に正Ｎ角形（Ｎは奇数）となるように複数のマイクロホン素子が配置されれば、上記図１０に示されるように、（式２）に基づいて算出された評価値Ａが小さい値となる。つまり、参照信号における死角が均等に近い状態に分散される。したがって、出力信号Ｙにおいて感度を下げることができない方向が少なくなり、集音装置１０は、様々な方向の雑音を抑圧することが可能となる。
【００７９】
また、例えば、集音装置１０は、さらに、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれから得られる音声信号に対して遅延を与える遅延器３１ａ〜３１ｄと、遅延器３１ａ〜３１ｄの出力信号を加算することにより主信号Ｘｍを生成する主信号生成部３１と、遅延器３１ａ〜３１ｄの出力信号のうち、有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子に対応する出力信号を減算することにより参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６を生成する参照信号生成部３２ａ〜３２ｆと、参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６にフィルタ係数を適用する適応フィルタ部３３ａ〜３３ｆと、生成された主信号Ｘｍから、フィルタ係数が適用された参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６を減算する減算部３４と、減算部３４の減算によって得られる出力信号Ｙに基づいてフィルタ係数を更新する係数更新部３５とを備える。
【００８０】
遅延器３１ａ〜３１ｄは、遅延部の一例である。主信号Ｘｍは、第一信号の一例であり、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄのそれぞれから得られる音声信号に、遅延器３１ａ〜３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３１ａ〜３１ｄの出力信号）が加算された信号である。参照信号Ｘｒ１〜Ｘｒ６は、第二信号の一例であり、有効マイクペアを構成する２つのマイクロホン素子のそれぞれから得られる音声信号に、遅延器３１ａ〜３１ｄによって目的音方向に応じた遅延が与えられた音声信号（遅延器３２ａ〜３１ｄの出力信号）が減算された信号である。主信号生成部３１は、第一信号生成部の一例であり、参照信号生成部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、第二信号生成部の一例であり、出力信号Ｙは、第三信号の一例である。
【００８１】
これにより、集音装置１０は、複数のマイクロホン素子２０ａ〜２０ｄから得られる音声信号に基づいてビームフォーミングを行うことができる。
【００８２】
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本開示は、このような実施の形態に限定されるものではない。
【００８３】
例えば、上記実施の形態で説明された集音装置の形状等は一例であり、集音装置は、直方体状などのその他の形状であってもよい。
【００８４】
また、上記実施の形態に係る信号処理部の構成は、一例である。信号処理部は、例えば、Ｄ／Ａ変換器、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、電力増幅器、または、Ａ／Ｄ変換器などの構成要素を含んでもよい。また、信号処理部が実行する信号処理は、例えば、デジタル信号処理であるが、一部がアナログ信号処理であってもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態において、信号処理部は、専用のハードウェアで構成されるか、信号処理部に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。信号処理部は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【００８６】
また、信号処理部は、回路（または集積回路）でもよい。これらの回路は、全体として１つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
【００８７】
その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、及び、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態で説明された構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【００８８】
例えば、本開示は、上記実施の形態の集音装置を含むシステムとして実現されてもよい。また、本開示は、コンピュータによって実行される評価方法であって、上記式２〜４に基づく複数のマイクロホン素子の配置の評価方法として実現されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本開示の集音装置は、電話会議システム等に用いられる集音装置として有用である。
【符号の説明】
【００９０】
１０  集音装置
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、３０ｄ  マイクロホン素子
３０  信号処理部
３１  主信号生成部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ  遅延器
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ  参照信号生成部
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ  適応フィルタ
３４  減算部
３５  係数更新部  
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６  直線
Ｘｍ  主信号（第一信号）
Ｘｒ  参照信号
Ｘｒ１、Ｘｒ２、Ｘｒ３、Ｘｒ４、Ｘｒ５、Ｘｒ６  参照信号（第二信号）
Ｙ  出力信号（第三信号）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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