(57)【要約】【課題】様々な方向から到来する波を同時に、高空間分解能で解析でき、かつ、波源と観測点の間のインパルス応答長が短くなるような変換装置を提供する。【解決手段】変換装置は、高SNゾーンを形成する高SNゾーン形成器と、Mを２以上の整数、m=1,2,…,Mとし、高SNゾーン付近の、それぞれ異なる位置に配置された、波を信号に、または、信号を波に変換可能なM個の第ｍ変換部とを含む。M個の第ｍ変換部において変換される波、または、変換された波は、全て同種の波である。【選択図】図１
2015198411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高SNゾーンを形成する高SNゾーン形成器と、
Mを２以上の整数、m=1,2,…,Mとし、前記高SNゾーン付近の、それぞれ異なる位置に配置された、波を信号に、または、信号を波に変換可能なM個の第ｍ変換部とを含み、
M個の第ｍ変換部において変換される波、または、変換された波は、全て同種の波である、
変換装置。
【請求項２】
請求項１の変換装置であって、
前記M個の第ｍ変換部において変換される波、または、変換された波の間での相関が低くなるように、前記M個の第ｍ変換部が配置されている、
変換装置。
【請求項３】
請求項１または２の変換装置であって、
前記高SNゾーン形成器は、前記高SNゾーンを形成するための高SNゾーン形成面を有する、
変換装置。
【請求項４】
請求項３の変換装置であって、
前記高SNゾーン形成面は、
前記M個の第ｍ変換部で変換される、または、変換された波を反射可能である、
変換装置。
【請求項５】
請求項４の変換装置であって、
前記同種の波は、音波であり、前記信号は電気信号である、
変換装置。
【請求項６】
請求項４の変換装置であって、
前記同種の波は、電波であり、前記信号は電気信号である、
変換装置。
【請求項７】
請求項３から請求項６の何れかの変換装置であって、
前記M個の第ｍ変換部は、
前記高SNゾーン形成面と類似形状の面の付近に配置されている、
変換装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかの変換装置であって、
前記M個の第ｍ変換部は、
前記高SNゾーン形成器に到来する波を遮りにくい形状の支持部で支持されている、
変換装置。
【請求項９】
請求項８の変換装置であって、
M'はM以上の整数とし、前記支持部は、
前記高SNゾーン形成器が形成する高SNゾーン付近に位置する面を含む構造物であって、当該面には前記M個の第ｍ変換部をそれぞれ保持するためのM'個の空孔が形成される、
変換装置。
【請求項１０】
請求項８の変換装置であって、
前記支持部は、
前記高SNゾーン形成器と前記M個の第ｍ変換部とを結合する棒状の構造物である、
変換装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れかの変換装置であって、
前記高SNゾーン形成器は、パラボラ形状である、
変換装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１２の何れかの変換装置であって、
前記M個の第ｍ変換部のうちの少なくとも１つの第ｍ'変換手段の指向特性と、他の１つの第ｍ”変換手段の指向特性とが異なる、
変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波を信号、または、信号を波に変換する変換技術に関する。なお、ここでいう波とは、音波や電磁波等を含むものである。音波は、周波数が20〜20kHz程度である。また、電磁波は、光波や電波等を含み、光波は、波長が400〜750nm（周波数は750THz〜400THz）程度の電磁波であり、電波は、周波数が3THz程度以下の電磁波である。また、ここでいう信号とは、情報を伝達するために記号化、符号化したものであって、その媒体としては、電気、音、光、電波等が考えられる。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１、２及び３が、変換技術の従来技術として知られている。
【０００３】
非特許文献１では、パラボラ反射板の高SNゾーン位置にセンサを設置したアレイを用いて、干渉雑音の除去を実現している。なお、雑音除去性能はアレイを構成するパラボラ装置の台数に依存する。
【０００４】
非特許文献２及び３では、反射構造体により擬似的な拡散音場を生成し、その中にマイクロホンアレイを設置して、拡散センシングを実現している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「2013年5月07日 アルマ望遠鏡日本製パラボラアンテナ16台の山頂施設設置が完了」、[online]、ALMA NAOJ、[平成26年2月26日検索]、インターネット<http://alma.mtk.nao.ac.jp/j/news/pressrelease/201305077095.html>
【非特許文献２】K. Niwa, S. Sakauchi, K. Furuya, M. Okamoto, and Y. Haneda, "Diffused sensing for sharp directivity microphone array", ICASSP 2012, 2012, pp. 225 - 228
【非特許文献３】K. Niwa, Y. Hioka, K. Furuya, and Y. Haneda, "Telescopic microphone array using reflector for segregating target source from noises in same direction", ICASSP 2012, 2012, pp. 5457-5460
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１では、1つの方向に対して最適化されたアレイではあるが, 様々な方向から到来する情報を同時に解析することができない。他の方向から到来する情報を解析する場合には、パラボラ装置の向きを変更する必要がある。
【０００７】
非特許文献２及び３では、拡散音場にアレイを設置することで、チャネル間相関を低減させ、様々な方向から到来する音を同時に、高空間分解能で解析できる。しかし、拡散音場にアレイを設置するため、インパルス応答長が長くなる。インパルス応答長が長くなると、フィルタ長が自ずと長くなる傾向があり、処理遅延が大きくなったり、フィルタの不安点性が増すといった問題が生じる。また、設計自体も複雑なものとなり、フィルタリング時の計算量が大きくなる。
【０００８】
本発明は、様々な方向から到来する波を同時に、高空間分解能で解析でき、かつ、波源と観測点の間のインパルス応答長が短くなるような変換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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、変換装置は、SN比が高い範囲である高SNゾーンを形成する高SNゾーン形成器と、Mを２以上の整数、m=1,2,…,Mとし、高SNゾーン付近の、それぞれ異なる位置に配置された、波を信号に、または、信号を波に変換可能なM個の第ｍ変換部とを含む。M個の第ｍ変換部において変換される波、または、変換された波は、全て同種の波である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、(1)様々な方向から到来する波を同時に解析可能であり、(2)(i)インパルス応答が短い、(ii)送受信エネルギーが高い、(iii)チャネル間相関が低いという3条件を満たす信号の送受信を可能とする効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】収音装置の条件を説明するための図。
【図２】パラボラアンテナとアンテナ素子と配置例を示す図。
【図３】所定の方向とは異なる方向から電波が来る場合のSN比が高いエリアを説明するための図。
【図４】第一実施形態に係る収音装置の機能構成を示す図。
【図５】第一実施形態に係る収音装置の処理フローの例を示す図。
【図６】高SNゾーン形成器に対するマイクロホンの配置例を示す図。
【図７】高SNゾーン形成器に対するマイクロホンの配置例を示す図。
【図８】「高SNゾーン付近」の範囲を説明するための図。
【図９】「高SNゾーン付近」の範囲を説明するための図。
【図１０】高SNゾーン形成面と相似形状の面の付近を説明するための図。
【図１１】伝達特性を測定する方法を説明するための図。
【図１２】レンズを用いた場合の「高SNゾーン付近」の範囲を説明するための図。
【図１３】第二実施形態に係る再生装置の機能構成を示す図。
【図１４】第二実施形態に係る再生装置の処理フローの例を示す図。
【図１５】第三実施形態における高SNゾーン形成器に対するマイクロホンの位置関係を説明するための図。
【図１６】第三実施形態に係る収音装置の機能構成を示す図。
【図１７】高SNゾーン形成器に対するマイクロホンの配置例を示す図。
【図１８】高SNゾーン形成器に対するマイクロホンの配置例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「→」等は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
【００１３】
＜第一実施形態＞
本実施形態では、波を信号に変換する変換技術に本発明を適用する例を説明する。波を信号に変換する変換技術の例として、以下の技術が挙げられる。(1)音波を電気信号に変換する技術や、(2)電磁波を電気信号に変換する技術がある。ただし、これに限るものではなく、(3)音波を光信号に変換する技術等であってもよい。(1)を実現するデバイスとしてはマイクロホンがある。(2)を実現するデバイスとしては受信アンテナがある。また、(3)を直接実現できるハードウェアがあればそれを用いてもよい。
【００１４】
特に、本実施形態では、波として音波を用い、複数の変換部として音波を電気信号に変換する複数のマイクロホン（マイクロホンアレイ）を用いる場合について説明する。
【００１５】
まず、非特許文献２で説明されているこれまでの拡散センシングに基づく収音処理について説明する。
【００１６】
[観測信号のモデル化]
M(≧2)本のマイクロホンを用いて一つのターゲット音とK(≧1)個の雑音を受音する状況を考える。多くの雑音が存在する中で任意の位置にあるターゲット音を強調する指向制御を目的にする。目的は、K個の雑音源を抑圧し、ターゲット音を強調することで達成される。m(m=1,2,…,M)番目のマイクロホンとターゲット音、k(k=1,2,…,K)番目の雑音との間のインパルス応答をそれぞれam(i)、bk,m(i)とする。ただし、インパルス応答長をLとし、i=0,1,…,L-1とする。なお、インパルス応答長Lは、装置の規模や構造、設置された部屋の状況によって定まる残響時間により、実験的に定めればよい。ターゲット音、k番目の雑音の音源信号をそれぞれs(t)、nk(t)とするとき、m番目のマイクロホンで観測した観測信号xm(t)は、次式でモデル化される。
【００１７】
【数１】
2015198411.tif 000003
ここで、tは時間のインデックスを表わす。
【００１８】
xm(t)を短時間フーリエ変換することで、式(1)の畳み込み混合は、次式のような周波数領域における瞬時混合として近似される。
【００１９】
【数２】
2015198411.tif 000004
【００２０】
ここで、ω、τはそれぞれ周波数、フレームのインデックスを表わす。また、Xm(ω,τ)、S(ω,τ)、Nk(ω,τ)は、それぞれ観測信号xm(t)、ターゲット音の音源信号s(t)、k番目の雑音の音源信号nk(t)の時間周波数表現を表わす。am(ω)、bk,m(ω)は、それぞれターゲット音、k番目の雑音とm番目のマイクロホンとの間の周波数特性を表し、以後これらを伝達特性と呼ぶ。式(2)を行列形式で表記すると、次式のようになる。
【００２１】
【数３】
2015198411.tif 000005
であり、Tは転置を表わす。
【００２２】
[ビームフォーミング]
ビームフォーミング後の出力信号y(t)は、次式のように観測信号xm(t)と、ターゲット音を強調するように設計されたフィルタwm(t)とを畳み込むことで得られる。
【００２３】
【数４】
2015198411.tif 000006
【００２４】
ここで、Jはフィルタ長を表わし、インパルス応答長Lと同程度とすればよい。y(t)の時間周波数表現であるY(ω,τ)は、次式で近似的に求められる。
【００２５】
【数５】
2015198411.tif 000007
ここで、Hは共役転置を表し、Wm(ω)の複素共役がwm(j)の周波数応答に対応する。
【００２６】
【数６】
2015198411.tif 000008
【００２７】
出力信号Y(ω,τ)に含まれる雑音成分をYN(ω,τ)と書くとき、次式のパワーpN(ω)は雑音成分のパワーとして定義される。
【００２８】
【数７】
2015198411.tif 000009
ここで、ETは時間的な期待値演算を表わす。音源信号が互いに無相関であると仮定すると、パワーpN(ω)は伝達特性b→k(ω)とフィルタW→(ω)だけで計算できる。
【００２９】
【数８】
2015198411.tif 000010
【００３０】
アレイ信号処理の分野では、pN(ω)を最小化するために、様々なフィルタ設計法が説明されてきた。代表例として、遅延和法と最尤法を説明する(参考文献１参照)。
[参考文献１]浅野太,「音のアレイ信号処理-音源の低位・追跡と分離」,コロナ社,2011年
遅延和法において、フィルタW→DSは、次式により、ターゲット音の直接音を強調するように設計される。
【００３１】
【数９】
2015198411.tif 000011
は、ターゲット音の直接音のアレイ・マニフォールド・ベクトルを表わす。要素hm(ω)は、ターゲット音からm番目のマイクロホンまでの直接音の経路の伝達特性を表し、ターゲット音とm番目のマイクロホン間の距離をdm、音速をc、虚数単位をjとすると、例えば次式により計算できる。
【００３２】
【数１０】
2015198411.tif 000012
【００３３】
また、最尤法において、フィルタW→MLは、次式により、ターゲット音の直接音を強調し、パワーpN(ω)を最小化するように設計される。
【００３４】
【数１１】
2015198411.tif 000013
【００３５】
ここで、R(ω)は雑音の空間相関行列を表わす。例えば、音源信号間が無相関であると仮定すると、雑音の空間相関行列R(ω)は次式のように、伝達特性b→k(ω)のみを用いて計算される。
【００３６】
【数１２】
2015198411.tif 000014
【００３７】
参考文献１に載っているような古典的なアレイ信号処理において、マイクロホン間の間隔をどのようにアレンジするのかといったことが考えられてきた。しかし、特定の周波数を除いてマイクロホン間の相関が高くなることが多かった。代表的な問題として知られているのは以下の二つである。一つ目は波長の長い低周波帯域では、伝達特性間の相関が高くなりやすいので、狭指向制御しづらいことである。二つ目は波長の短い高周波帯域では、波長の半波長以下の間隔でマイクロホンを並べない限り、特定のターゲット音以外の音を強調してしまう空間エリアジングが生じることである。以上の2点から、広帯域に渡ってパワーpN(ω)を小さくすることは困難とされてきた。
【００３８】
[拡散センシング]
非特許文献２では、広帯域に渡ってパワーpN(ω)を小さくするために、伝達特性の性質がどういう性質であるべきかが検討され、拡散センシングとして纏められている。
【００３９】
拡散センシングでは、アレイ構造を工夫することにより、次式で表すように伝達特性そのものが互いに無相関化するように物理的に変える。
【００４０】
【数１３】
2015198411.tif 000015
【００４１】
ここで、伝達特性の性質そのものを変えるためのあらゆる物理的手段を用いることができ、例えばマイクロホンの近傍に反射構造体を設置することで、伝達特性そのものが変化する。非特許文献２で提案されている方式は、多数回反射を繰り返し、等方位的に反射音が到来する音場(疑似拡散音場)を生成し、その中にマイクロホンアレイを設置する方式である。例えば、マイクロホンアレイを包囲するような形状の反射構造体を作り、一面だけ開けておけば、反射構造体内に到来した音が自ずと反射を繰り返し、疑似的な拡散音場を生成することになる。
【００４２】
何故、拡散音場にマイクロホンアレイを設置すると、伝達特性間が無相関化されるのかを簡単に説明する。伝達特性間の相関をγ(ω)とすると、拡散音場における相関γ(ω)は次式により計算されることが知られている。
【００４３】
【数１４】
2015198411.tif 000016
【００４４】
ここで、ES,p→はそれぞれ空間的な期待値演算、マイクロホン間の位置ベクトルを表わす。マイクロホン間の距離||p→||が十分に広いとすると、拡散音場における伝達特性間の相関γ(ω)の期待値は0に漸近する。
【００４５】
【数１５】
2015198411.tif 000017
【００４６】
だから、従来技術において反射構造体により疑似的な拡散音場を物理的に生成し、その中にマイクロホンアレイを設置してきた（非特許文献２、３参照）。
【００４７】
また、パワーpN(ω)を小さくするために、事前のシミュレーションや測定により用意した伝達特性を用いたフィルタ設計方式を検討してきた。簡単に言えば、ターゲット音のみを強調するようにしてきたが、拡散センシングに基づく制御では、伝達特性そのものを強調するように設計される。
【００４８】
遅延和法をベースとする場合、次式のように、アレイ・マニフォールド・ベクトルh→(ω)をターゲット音の伝達特性a→(ω)に置き換えることで、フィルタW→DS1(ω)を設計できる。
【００４９】
【数１６】
2015198411.tif 000018
この場合、a→(ω)をシミュレーションや実測により事前に用意する必要がある。
【００５０】
また、最尤法をベースとする場合、次式によりフィルタW→DS2(ω)を設計できる。
【００５１】
【数１７】
2015198411.tif 000019
【００５２】
この場合も同様に、a→(ω)やR(ω)をシミュレーションや実測により事前に用意する必要がある。先に挙げたような手段を用いて、疑似的な拡散音場を生成し、音を収音する場合、伝達特性が自ずと無相関化されていることが期待されるので、パワーpN(ω)を広帯域に渡って小さくすることができた。
【００５３】
＜第一実施形態のポイント＞
非特許文献２及び３のズームアップマイクでは、反射構造体により多数回、音波を反射し、等方位的に反射音が到来する音場(疑似拡散音場)を生成し、その内部にアレイを設置するため、インパルス応答長が長くなり、それに応じてフィルタ長が長くなってしまい、処理遅延の発生、フィルタの不安定性が増大する。
【００５４】
本実施形態では、非特許文献２及び３のズームアップマイクにおけるチャネル間相関を低減する考えを継承し、さらに、インパルス応答長が短い状態を維持しつつ、受音時のSN比を高める。このような構成により、様々な方向から到来する情報を安定的に同時に、高空間分解能で解析することが可能である。
【００５５】
本実施形態では、受音時のSN比を高めるために、高SNゾーン形成器を用いて高SNゾーンを形成し、高SNゾーン付近に複数のマイクロホンを配置する。このとき、チャネル間相関を低減するために、各マイクロホンを高SNゾーン付近の異なる位置（箇所）に配置する。なお、高SNゾーンとは、高SNゾーン形成器によって特にSN比が高められる範囲であり、例えば、高SNゾーン形成器がパラボラ反射板の場合には、そのパラボラ反射板の形成する焦点である。高SNゾーン付近とは、高SNゾーン形成器が存在する場合に、高SNゾーン形成器が存在しない場合に比べて、SN比が高まる範囲を意味する。よって、当然、高SNゾーンを含むが、高SNゾーンほどではないが、SN比が高まるような範囲を含む。
【００５６】
図１を用いて本実施形態で定義する収音装置の条件を説明する。
【００５７】
[必須条件]
(1)高SNゾーンを形成する高SNゾーン形成器を含むこと
1つ以上の高SNゾーン形成器１９０を含む。高SNゾーン形成器１９０は、音波に対して高SNゾーンFを形成する。例えば、高SNゾーン形成器１９０として剛体からなる凹型構造物を用いる。凹型構造物の一つとして、パラボラ反射板が考えられる。なお、高SNゾーン形成器１９０の必要最低数は１個である。
【００５８】
(2)高SNゾーン付近FEの、それぞれ異なる位置に配置された、複数のマイクロホンを含むこと
M個のマイクロホン２１１−ｍを含む。ただし、Mは2以上の整数であり、m=1,2,…,Mである。マイクロホン２１１−ｍは高SNゾーン付近FEに配置され、マイクロホン２１１−ｍとマイクロホン２１１−ｍ’とは異なる位置に配置される。ただし、m'は1,2,…,Mの何れかであり、m≠m'である。なお、マイクロホン２１１−ｍの必要最低数は２個である。
【００５９】
(3)フィルタリング部を含むこと
M個のマイクロホンに対し、それぞれ独立なフィルタ処理できるようなフィルタリング部１６０を有していること。さらに、フィルタリング部１６０は、直接波だけでなく、反射波を含む伝達特性そのものを制御するような信号処理を行う。
【００６０】
＜第一実施形態の概要＞
通常、放物曲面をした反射器を持つパラボラアンテナ９０は、１つの方向（例えば正面方向）から電波が来ることを想定し、焦点Fにアンテナ素子９１を配置する（図２参照）。このような構成とすることで、電波を点ではなく面で受信することができ、SN比を高めることができる。
【００６１】
他の方向から電波が来る場合には、焦点付近においてSN比が高いエリアQが発生する（図３参照）。なお、このような性質はパラボラアンテナに限らず、凹型の反射部を備え、音波の焦点を形成する場合にも同様の性質が現れる。本実施形態では、焦点等の高SNゾーンの付近におけるこのような性質を利用し、焦点等の高SNゾーンの付近に複数のマイクロホンを配置し、SN比を高める。
【００６２】
また、マイクロホン２１１−ｍとマイクロホン２１１−ｍ’とを異なる位置に配置することで、チャネル間相関を低減する。なお、焦点に複数のマイクロホンを配置した場合は、SN比は高いものの、チャネル間相関が非常に高くなるため、様々な方向から到来する電波を受信することができず、１つの方向から来る電波だけを高精度に受信することができる構成となる。
【００６３】
なお、SN比を高めることは、空間相関行列Rの対角成分を大きな値にすることを意味する。ただし、マイクロホン２１１−ｍで収音された観測信号をXmとすると、空間相関行列Rのmm’成分はRmm’=E[XmXm’H]である。ここではm=1,2,…,M、m'=1,2,…,Mであり、m=m'のとき、空間相関行列Rの対角成分となり、対角成分であるRmm=E[XmXmH]はマイクロホン２１１−ｍの受音エネルギー（パワー）を表す。E[・]は期待値演算を表している。一方、チャネル間相関を低減することは、空間相関行列Rの非対角成分を小さな値にすることを意味する。この二つの条件を同時に満たすことは、空間相関行列Rの行列式det(R)を最大化することに対応する。。
【００６４】
本実施形態では、行列式det(R)を最大化するように、複数のマイクロホンを高SNゾーン付近の、異なる位置に配置する。さらに、本実施形態では、インパルス応答長を短くするために、言い換えると、フィルタリング部において用いるフィルタ長を短くするために、高SNゾーン形成器１９０の形状を、音波の反射回数が１〜２回程度となるように形成する。また、時間的な観点から言えば、高SNゾーン形成器１９０の形状を、直接音と主要な反射波とのマイクロホンへの到達時間の差が50ms以内となるように形成する。例えば、パラボラ形状とする。
【００６５】
＜第一実施形態に係る収音装置１０＞
[収音装置１０の信号処理]
第一実施形態に係る収音装置１０の機能構成および処理フローを図４と図５に示す。この第一実施形態の収音装置１０は、Ｍ個のマイクロホン２１１−ｍ、ＡＤ変換部１２０、周波数領域変換部１３０、フィルタリング部１６０、時間領域変換部１７０、フィルタ計算部１５０、伝達特性記憶部１４０、高SNゾーン形成器１９０を含む。ｍ＝１，２，…，Ｍであり、Ｍ≧２である。
【００６６】
＜高SNゾーン形成器１９０＞
高SNゾーン形成器１９０は、所定の方向の波に対して高SNゾーンを形成する。高SNゾーン形成器１９０は高SNゾーンを形成するための高SNゾーン形成面を有する。高SNゾーン形成面は音波を反射可能な形状、材質、大きさであり、音波を反射することで高SNゾーンを形成する。この実施形態では、高SNゾーン形成器１９０は、パラボラ形状の剛体であり、パラボラ形状の内面が高SNゾーン形成面に相当する。よって、パラボラ形状の成す焦点がSNゾーンに相当し、焦点付近がSNゾーン付近に相当する。パラボラ形状の縁が成す円形の直径が、扱う波長幅の中で最大の波長幅の半波長程度以上であることが望ましい。そこで、音波の波長で扱う波長幅は0.01〜1mであるため、パラボラ形状の縁が成す円形の直径が0.5m程度以上であることが望ましい。高SNゾーン形成器１９０の材質は、音波を反射しやすいもの（言い換えると、反射係数の高い材質）が望ましく、硬い素材が良い。そこで、本実施形態では、硬くて面積のあるパラボラ形状の剛体を高SNゾーン形成器１９０として用いた。
【００６７】
＜マイクロホン２１１−ｍ＞
Ｍ個のマイクロホン２１１−ｍを用いて収音し（ｓ１）、アナログ信号（収音信号）をＡＤ変換部１２０に出力する。なお、マイクロホン２１１−ｍとマイクロホン２１１−ｍ’とは、高SNゾーン形成器１９０が形成する高SNゾーン付近の、異なる位置に配置される。ここでは、ｍ’は１，２，…，Ｍの何れかであり、ｍ≠ｍ’である。
【００６８】
＜高SNゾーン形成器１９０に対するマイクロホン２１１−ｍの位置＞
空間相関行列Rの行列式det(R)が最大化されるようにM個のマイクロホンを配置すればよい。SN比を高めるためにM個のマイクロホンを高SNゾーン付近に配置する。また、チャネル間相関が低くなるように、M個のマイクロホンを異なる位置に配置する。言い換えるとM個のマイクロホンで電気信号に変換される音波の間の相関が低くなるように、M個のマイクロホンを配置すればよい。全体として、相関が低くなるように、M個のマイクロホンを配置することが望ましいが、少なくとも、１つの相関が低くなるように、M個のマイクロホン２１１−ｍを配置すれば効果を得ることができる。別の言い方をすると、M個のマイクロホンの中の、何れか2つのマイクロホンで変換される音波間の相関の組合せは、MC2個考えられるが、その相関の組合せMC2個のうち、少なくとも1つの相関が低くなるようにM個のマイクロホン２１１−ｍを配置すればよい。
【００６９】
図６及び図７は、それぞれ高SNゾーン形成器１９０に対するマイクロホン２１１−ｍの配置例を示す。
【００７０】
この実施形態では、マイクロホン２１１−ｍは、高SNゾーン形成器１９０に到来する波を遮りにくい形状の支持部１９１で支持されている。
【００７１】
図６では、支持部１９１は、高SNゾーン形成器１９０が形成する高SNゾーン付近に位置する面を含む構造物であって、その面にはマイクロホン２１１−ｍを保持するための空孔が複数形成される。例えば、M'（M'>M）個の空孔が形成されており、各マイクロホン２１１−ｍをM'個の空孔の何れかに埋め込む。この実施形態では、支持部１９１は、網状部材１９１Ａと支持部材１９１Ｂとを含む。支持部材１９１Ｂは、パラボラ形状の高SNゾーン形成器１９０の底を頭頂点とする正四角錐の、頭頂点から伸びる各辺を形成する棒状の構造物である。正四角錐の底面と同一平面状に網状の網状部材１９１Ａを備える。支持部材１９１Ｂは、高SNゾーン形成器１９０と網状部材１９１Ａとを結合し、高SNゾーン形成器１９０に対して網状部材１９１Ａを固定する。網状部材１９１Ａは、高SNゾーン形成器１９０が形成する高SNゾーン付近に位置する面を含む構造物である。さらに、網状部材１９１Ａにはマイクロホン２１１−ｍを保持するための空孔が複数形成されている。言い換えると、網状の網状部材１９１Ａの網の目の何れかにM個のマイクロホン２１１−ｍを埋め込むことができる。
【００７２】
図７では、支持部１９１は、高SNゾーン形成器１９０とマイクロホン２１１−ｍとを結合する棒状の構造物である。
【００７３】
支持部１９１の形状は、上述のものに限られず、高SNゾーン形成器１９０に到来する波を遮りにくい形状であって、マイクロホン２１１−ｍを支持できる形状であればどのようなものであってもよい。
【００７４】
「高SNゾーン付近」について、説明する。高SNゾーンとは、前述の通り、高SNゾーン形成器１９０が所定の方向の波に対して形成する高SNゾーン（例えば焦点）を意味する。例えば、高SNゾーン形成器１９０は、高SNゾーンを形成するように、窪んだ凹型である。所定の方向に対して垂直な方向において、「高SNゾーン付近」の範囲とは、凹型の縁の内側を意味する（図８及び図９参照）。凹型の縁と高SNゾーンとの位置関係により、所定の方向における「高SNゾーン付近」の範囲が異なる。凹型の縁が成す平面Hと高SNゾーン形成器１９０の成す凹型の底を通る平面Iとの距離をHIとし、高SNゾーンFと高SNゾーン形成器１９０の成す凹型の底を通る平面Iとの距離をFIとすると、
(1)HI≧FIのとき、凹型の底から所定の方向に2HIまでが、所定の方向における「高SNゾーン付近」の範囲である（図８参照）。
【００７５】
(2)HI<FIのとき、凹型の底から所定の方向に2FIまでが、所定の方向における「高SNゾーン付近」の範囲である（図９参照）。
【００７６】
ただし、高SNゾーンを形成するように、窪んだ凹型であっても、必ずしも、その縁の成す面が平面になるとは限らず、また、高SNゾーン（例えば焦点）も厳密な点ではなく、ある程度の範囲を持つことから、「高SNゾーン付近」とは、高SNゾーン形成器１９０がない場合に比べ、ある場合に、SN比が高くなる範囲を意味している。
【００７７】
高SNゾーン付近において、特に、高SNゾーン形成面Jと相似形状の面J'の付近J'Eにおいて、SN比が高くなるので（図１０）、付近J'Eの異なる位置にM個のマイクロホン２１１−ｍを配置することで、より適切に空間相関行列Rの行列式det(R)の最大化を図ることができる。なお、相似形状の面J'の付近J'Eとは、高SNゾーン形成面Jと類似形状の面上といってもよいし、高SNゾーン形成面と類似形状の面の付近といってもよい。要は、SN比が高い高SNゾーン付近において、特に、SN比が高くなると考えられる範囲の異なる位置にM個のマイクロホン２１１−ｍを配置すればよい。
【００７８】
＜ＡＤ変換部１２０＞
ＡＤ変換部１２０が、Ｍ個のマイクロホン２１１−ｍで収音されたM個のアナログ信号をディジタル信号x→(t)＝[x1(t),…,xM(t)]Tへ変換し、（ｓ２）、周波数領域変換部１３０に出力する。ｔは離散時間のインデックスを表す。
【００７９】
＜周波数領域変換部１３０＞
周波数領域変換部１３０は、まず、ＡＤ変換部１２０が出力したディジタル信号x→(t)＝[x1(t),…,xM(t)]Tを入力とし、チャネルごとにNサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号x→(τ)＝[x→1(τ),…,x→M(τ)]Tを生成する。τはフレーム番号のインデックスである。x→m(τ)=[xm((τ-1)N+1),…,xm(τN)]（1≦m≦M）である。Nはサンプリング周波数にもよるが、48kHzサンプリングの場合には2048点あたりが妥当である。次に、周波数領域変換部１３０は、各フレームのディジタル信号x→(τ)を周波数領域の信号X→(ω,τ)＝[X1(ω,τ),…,XM(ω,τ)]Tに変換し（ｓ３）、出力する。ωは離散周波数のインデックスである。時間領域信号を周波数領域信号に変換する方法の一つに高速離散フーリエ変換があるが、これに限定されず、周波数領域信号に変換する他の方法を用いてもよい。周波数領域信号X→(ω,τ)は、各周波数ω、フレームτごとに出力される。
【００８０】
＜伝達特性記憶部１４０＞
伝達特性記憶部１４０は、予め収音装置１０を使って測定された伝達特性A→(ω)=[a→(ω),b→1(ω),…,b→K(ω)]を記憶しておく。a→(ω)＝[a1(ω),…,aM(ω)]Tを、ターゲット音とM本のマイクロホンとの間の周波数ωでの伝達特性、換言すれば、a→(ω)＝[a1(ω),…,aM(ω)]Tは、マイクロホンアレイに含まれる各マイクロホンへのターゲット音の周波数ωでの伝達特性とする。k=1,2,…,Kであり、Kは雑音の個数であり、bk→(ω)＝[bk1(ω),…,bkM(ω)]Tを、雑音kとM本のマイクロホンとの間の周波数ωでの伝達特性、換言すれば、bk→(ω)＝[bk1(ω),…,bkM(ω)]Tは、マイクロホンアレイに含まれる各マイクロホンへの雑音kの周波数ωでの伝達特性とする。なお、伝達特性A→(ω)は、事前測定によらず、理論式やシミュレーションにより事前に用意してもよい。
【００８１】
例えば、図１１に示すように、レール９４上のスピーカアレイ９５を左右に移動させ、各位置における伝達特性を測定する。さらに、レール９４を前後に移動させて、各位置における伝達特性を測定してもよい。なお、図１１において、複数の高SNゾーン形成器１９０を用いているが、1つの高SNゾーン形成器１９０のみを用いてもよい。利用状況と同じ状況（同じ個数の、同じ配置の、同じ高SNゾーン形成器１９０と、M個の同じ配置の、同じマイクロホン２１１−ｍ）で、伝達特性を事前に測定すればよい。このときに、空間相関行列Rの行列式det(R)が最大化されるように、１つの高SNゾーン形成器１９０に対してM個のマイクロホン２１１−ｍを配置すればよい。
【００８２】
＜フィルタ計算部１５０＞
フィルタ計算部１５０は、伝達特性記憶部１４０から伝達特性A→(ω)を取り出し、フィルタW→(ω)を計算し、フィルタリング部１６０に出力する。例えば、特定の位置または方向からの音響信号を抑圧する信号処理に用いるフィルタW→(ω)を計算する。
【００８３】
本実施形態のビームフォーミング技術の要点は、高SNゾーン付近に複数のマイクロホンを配置してSN比を高め、複数のマイクロホンを高SNゾーン付近の異なる位置に配置することで広帯域に渡って伝達特性を無相関化させることである。そのため、フィルタの設計コンセプト自体に影響を与えないので、従来技術と同様の方法により、フィルタW→(ω)を設計することができる。例えば、参考文献２に記載されている<１>SN比最大化規準によるフィルタ設計法、<２>パワーインバージョン(Power Inversion)に基づくフィルタ設計法、<３>一つ以上の死角（雑音のゲインが抑圧される方向）を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法、<４>遅延合成（Delay-and-Sum Beam Forming）法によるフィルタ設計法、<５>最尤法によるフィルタ設計法、<６>AMNOR（Adaptive Microphone-array for noise reduction）法等によって、フィルタW→(ω)を設計することができる。
[参考文献２]国際公開第ＷＯ２０１２／０８６８３４号パンフレット
例えば、遅延和法をベースとする場合、式(16)により、フィルタW→DS1(ω)を計算する。
【００８４】
【数１８】
2015198411.tif 000020
【００８５】
また例えば、最尤法をベースとする場合、式(17)により、フィルタW→DS2(ω)を計算する。
【００８６】
【数１９】
2015198411.tif 000021
【００８７】
また例えば、一つ以上の死角を拘束条件に持つ最小分散無歪応答法によるフィルタ設計法の場合、次式により、フィルタW→DS3(ω)を計算する。
【００８８】
【数２０】
2015198411.tif 000022
【００８９】
ただし、ｆS(ω),fk(ω)はそれぞれターゲット音、雑音k(k=1,2,…,K)に関する周波数ωでの通過特性を表す。例えば、式(18)において、伝達特性a→(ω)が方向θに依存する伝達特性a→(ω,θ)として事前に用意できる場合には、伝達特性a→(ω,θ)を用いて、フィルタW→(ω,θ)を計算し、フィルタリング部１６０において、特定の方向θsの信号処理が行える。また、伝達特性a→(ω)が方向θ、距離Dに依存する伝達特性a→(ω,θ,D)として事前に用意できる場合には、伝達特性a→(ω,θ,D)を用いて、フィルタW→(ω,θ,D)を計算し、フィルタリング部１６０において、特定の位置（特定の方向θsと距離DHにより特定される位置）の信号処理が行える。
【００９０】
＜フィルタリング部１６０＞
フィルタリング部１６０は、予めフィルタ計算部１５０からフィルタW→(ω)を受け取っておき、周波数領域信号X→(ω,τ)を受け取り、フレームτごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号X→(ω,τ)=[X1(ω,τ),…,XM(ω,τ)]Tに、フィルタW→(ω)を適用して（式(5)参照、ｓ４）、出力信号Y(ω,τ)を出力する。
【００９１】
【数２１】
2015198411.tif 000023
【００９２】
例えば、フィルタリング部１６０はマイクロホン２１１−ｍによる収音信号とマイクロホン２１１−ｍ’による収音信号とに基づき、空間上の少なくとも複数の位置または方向から発せられた音響信号の収音特性を異ならせるものであればよい。「収音特性を異ならせる」とは、例えば、特定の位置で発せられた音響信号を局所収音して他の位置で発せられた音響信号を極力収音しないようにしたり、逆に特定の位置で発せられた音響信号を抑圧（消音）して他の位置で発せられた音響信号のみを収音したりすることを意味する。
【００９３】
＜時間領域変換部１７０＞
時間領域変換部１７０は、第τフレームの各周波数ω∈Ωの出力信号Y(ω,τ)を時間領域に変換して（ｓ５）、第τフレームのフレーム単位時間領域信号y(τ)を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号y(τ)をフレーム番号のインデックスの順番に連結して時間領域信号y(t)を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、ｓ３の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
【００９４】
＜効果＞
このような構成により、非特許文献１や２のズームアップマイクにおけるチャネル間相関を低減する考えを継承し、さらに、インパルス応答長を短くし、受音時のSN比を高めることができる。そのため、様々な方向から到来する波（さらには、波により示される情報）を安定的に、同時に、高空間分解能で解析することが可能になる。例えば、事前に用意した伝達特性を使ってフィルタを使って適切な信号処理をすることで、広帯域に渡って任意の指向制御が可能になる。なお、本実施形態では、予めフィルタW→(ω)を計算しているが、収音装置１０の計算処理能力などに応じて、音源位置、マイクロホンの配置が定まってからフィルタ計算部１５０が周波数ごとのフィルタW→(ω)を計算する構成としてもよい。
【００９５】
＜変形例＞
本実施形態では、波として、音波を用いているが、電波や光波を用いてもよいし、他の帯域の電磁波を用いてもよい。その場合、マイクロホンに代えて、受信アンテナや受光素子等を用いることができる。要は、同種の波を信号に変換可能な複数の変換部であればよい。言い換えると、Ｍ個の変換部において変換される波が同じ種類の波であればよい。なお、変換部のことを、波を受信できるという意味から受信部と呼んでもよい。また、波源（音源）から伝わる波を入力とするという意味で波源入力部と呼んでもよい。
【００９６】
高SNゾーン形成器１９０は、壁や床、天井、鉄板、剛球（剛体（例えば鉄などの金属製や樹脂製）でできた球）により実現してもよい。要は、所定の方向の波に対して高SNゾーンを形成するものであればどのようなものであってもよい。ただし、残響時間が長くなりすぎないように、高SNゾーン付近における音波の反射回数が１〜２回程度であることが望ましい。そのため、高SNゾーン形成器１９０は必ずしもパラボラ形状である必要はないが、前述の通り、窪みもつ凹型（例えば碗状）であり、反射した音が集中するような形状が望ましい。さらに、残響時間が長くなりすぎないように、凹型の縁（端部）が内側に向いていない（外側を向いている）ことが望ましい。例えば、高SNゾーン形成器１９０が球の一部からなる場合は、半球以下とする。
【００９７】
例えば、波として、電波を用いる場合、高SNゾーン形成器１９０は、所定の方向の電波に対して高SNゾーンを形成すればよい。電波の波長で扱う波長幅は0.01〜1mである（参考文献３参照）。
[参考文献３]「周波数帯ごとの主な用途と電波の特徴」、[online]、総務省、[平成26年2月28日検索]、インターネット<http://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/search/myuse/summary/>
ただし、電波の場合、特定の波長を利用することが多いため、その特定の波長に合わせて、扱う波長幅の中で最大の波長幅の半波長程度以上であることが望ましい。高SNゾーン形成器１９０の材質は、電波を反射しやすいものが望ましい。そこで、固くて面積のある剛体を高SNゾーン形成器１９０として用いればよい。また、例えば、鉄筋やビル等により高SNゾーン形成器１９０を実現してもよい。
【００９８】
本実施形態では、パラボラ形状の剛体を高SNゾーン形成器１９０としているが、高SNゾーン形成器１９０は、音波を反射可能なものでなくともよい。要は、高SNゾーンを形成し、高SNゾーン付近に、高SNゾーン形成器が存在する場合に、高SNゾーン形成器が存在しない場合に比べて、SN比の高まるエリアを形成しさえすればよい。よって、反射以外の方法で、高SNゾーンを形成してもよい。例えば、音のフレネルレンズ（参考文献４参照）等を高SNゾーン形成器１９０として用いてもよい。
［参考文献４］「音のフレネルレンズ」、[online]、名古屋市科学館、[平成26年2月28日検索]、インターネット<http://www.ncsm.city.nagoya.jp/cgi-bin/visit/exhibition_guide/exhibit.cgi?id=S406&key=%E3%81%B5&keyword=%E3%83%95%E3%83%AC%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%BA>
この場合、音のフレネルレンズの焦点が高SNゾーンに相当し、焦点付近が高SNゾーン付近に相当し、音のフレネルレンズが配置される面が、高SNゾーンを形成するための高SNゾーン形成面に相当する。なお、音のフレネルレンズの場合、音波で扱う波長幅が広いので、装置規模が大きくなりがちである。なお、波として、電磁波を用いる場合には、それぞれ波長に対応するレンズを用いればよい。例えば、波として光波を用いる場合には通常のレンズを、波として電波を用いる場合には電波レンズを用いればよい。
【００９９】
なお、レンズを用いた場合の「高SNゾーン付近」とは、所定の方向に対して垂直な方向において、「高SNゾーン付近」の範囲とは、レンズの内側を意味する。また、高SNゾーン形成面Jから高SNゾーンFまでの距離をJFとすると、高SNゾーン形成面Jから所定方向に2JFまでが、所定の方向における「高SNゾーン付近」の範囲である（図１２参照）。
【０１００】
ただし、この場合も、波を反射可能な凹型の高SNゾーン形成器を用いた場合と同様に、「高SNゾーン付近」とは、厳密に定義できるわけではなく、高SNゾーン形成器１９０がない場合に比べ、ある場合に、SN比が高くなる範囲を意味している。
【０１０１】
本実施形態では、変換部の指向性について言及していないが、様々な指向性を持つ電気音響変換器を混ぜて使用することで、伝達特性間の相関を小さくし、無相関化を図ってもよい。例えば、変換部の指向性に限定はないが、変換部としてマイクロホンを用いる場合、無指向性、単一指向性、双指向性、ハイパーカーディオイドといった様々な指向性を持つマイクロホンを混ぜて使用する。仮に、同じ位置に指向性の異なる電気音響変換器を配置した場合、同じ制御点との間の伝達特性は異なるものとなる。例えば、同じ位置に無指向性のマイクロホンと単一指向性のマイクロホンとを配置した場合、制御点と無指向性のマイクロホンとの間の伝達特性と、制御点と単一指向性のマイクロホンとの間の伝達特性とは、異なるものとなる。よって、この条件により、指向性の違いによる伝達特性の変化を利用して、さらに、伝達特性間の相関を小さくし、無相関化を図る。言い換えると、複数のマイクロホンのうちの少なくとも１つのマイクロホンの指向特性と、他の１つのマイクロホンの指向特性とが異なるものとすることで、無相関化を図る。
【０１０２】
＜第二実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０３】
本実施形態では、信号を波に変換する変換技術に本発明を適用する例を説明する。信号を波に変換する変換技術の例として、以下の技術が挙げられる。(i)電気信号を音波に変換する技術や、(ii)電気信号を電磁波に変換する技術がある。ただし、これに限るものではなく、(iii)光信号を音波に変換する技術等であってもよい。(i)を実現するデバイスとしてはスピーカがある。(ii)を実現するデバイスとしては送信アンテナがある。また、(iii)を直接実現できるハードウェアがあればそれを用いてもよい。
【０１０４】
特に、本実施形態では、波として音波を用い、複数の変換部として、複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイに代えて、電気信号を音波に変換する複数のスピーカ（スピーカアレイ）を用いる場合について説明する。
【０１０５】
なお、本実施形態は、拡散センシングを基にして、伝達特性を物理的に変調する再生装置に係るものである。
【０１０６】
[再生装置３０の信号処理]
M(≧2)個のスピーカを用いて制御点Ｄで強調されるような指向制御を行うことを考える。
【０１０７】
第二実施形態に係る再生装置３０の機能構成および処理フローを図１３と図１４に示す。この第二実施形態の再生装置３０は、Ｍ個のスピーカ３１１−ｍ、周波数領域変換部３００、フィルタリング部３３０、時間領域変換部３４０、フィルタ計算部３２０、伝達特性記憶部３１０、高SNゾーン形成器３９０を含む。ｍ＝１，２，…，Ｍであり、Ｍ≧２である。
【０１０８】
信号源２００が音源信号s(t)を出力する。この実施形態では、信号源２００からの音源信号s(t)はディジタル信号であるとする。ただし、音源信号としてアナログ信号を用いる場合には、アナログ信号をディジタル信号s(t)へＡＤ変換するＡＤ変換部を設ければよい。
【０１０９】
＜周波数領域変換部３００＞
まず、周波数領域変換部３００は、ディジタル信号s(t)を受け取り、Nサンプルをバッファに貯めてフレーム単位のディジタル信号s(τ)を出力する。次に、周波数領域変換部３００は、各フレームのディジタル信号s(τ)を周波数領域の信号S(ω,τ)に変換して（ｓ３１）出力する。
【０１１０】
＜伝達特性記憶部３１０及びフィルタ計算部３２０＞
伝達特性記憶部３１０及びフィルタ計算部３２０の機能構成は、第一実施形態と同様である。例えば、フィルタ計算部３２０は、伝達特性記憶部３１０から伝達特性A→(ω)を取り出し、参考文献５記載の方法により、フィルタW→(ω)を計算し、フィルタリング部３３０に出力する。例えば、特定の位置または方向への音響信号を抑圧する信号処理に用いるフィルタW→(ω)を計算する。
［参考文献５］羽田陽一、片岡章俊、「自由空間伝達関数を用いた多点制御に基づく小型スピーカアレーの実空間性能」、日本音響学会研究発表会講演論文集、2008、pp.631-632
【０１１１】
＜フィルタリング部３３０＞
フィルタリング部３３０は、予めフィルタ計算部３２０からフィルタW→(ω)を受け取っておき、周波数領域信号S(ω,τ)を受け取り、フレームτごとに、各周波数ω∈Ωについて、周波数領域信号S(ω,τ)に、フィルタW→(ω)を適用して（次式参照、ｓ３２）、出力信号Z→(ω,τ)＝[Z1(ω,τ),…,ZM(ω,τ)]を出力する。
【０１１２】
【数２２】
2015198411.tif 000024
【０１１３】
例えば、フィルタリング部３３０は、空間上の少なくとも複数の位置へ、M個のスピーカ３１１−ｍから発する音響信号の再生特性を異ならせるものであればよい。「再生特性を異ならせる」とは、例えば、特定の位置で音響信号を局所再生して他の位置で音響信号を極力再生しないようにしたり、逆に特定の位置で音響信号を再生しないようにして他の位置でのみ音響信号を再生したりすることを意味する。
【０１１４】
＜時間領域変換部３４０＞
時間領域変換部３４０は、第τフレームの各周波数ω∈Ωの再生信号Z→(ω,τ)＝[Z1(ω,τ),…,ZM(ω,τ)]を時間領域に変換して（ｓ３３）、第τフレームのフレーム単位時間領域信号z→(τ)＝[z1(τ),…,zM(τ)]を得て、さらに、得られたフレーム単位時間領域信号z→(τ)＝[z1(τ),…,zM(τ)]をフレーム番号のインデックスの順番に連結して、時間領域信号z→(t)＝[z1(t),…,zM(t)]を出力する。周波数領域信号を時間領域信号に変換する方法は、ｓ３１の処理で用いた変換方法に対応する逆変換であり、例えば高速離散逆フーリエ変換である。
【０１１５】
＜スピーカ３１１−ｍ及び高SNゾーン形成器３９０＞
Mチャネルの時間領域信号z1(t),…,zM(t)はそれぞれ、スピーカアレイを構成するM個のスピーカ３１１のうち、チャネルに対応するスピーカで再生される（ｓ３４）。
【０１１６】
高SNゾーン形成器３９０は、第一実施形態の高SNゾーン形成器１９０と同様の構成である。なお、高SNゾーン形成器３９０に対するM個のスピーカの位置関係は、第一実施形態の高SNゾーン形成器１９０及びM個のマイクロホン２１１−ｍを、高SNゾーン形成器３９０及びM個のスピーカ３１１−ｍにそれぞれ置き換えればよい。つまり、空間相関行列Rの行列式det(R)が最大化されるようにM個のスピーカを配置すればよい。SN比を高めるためにM個のスピーカを高SNゾーン（焦点）付近に配置する。また、チャネル間相関が低くなるように、M個のスピーカを異なる位置に配置する。言い換えるとM個のスピーカで電気信号に変換される音波の間の相関が低くなるように、M個のスピーカを配置すればよい。
【０１１７】
＜効果＞
このような構成により、チャネル間相関を低減し、さらに、インパルス応答長及びフィルタ長を短くすることができ、様々な方向に音波を安定的に、同時に、高空間分解能で再生することが可能になる。例えば、事前に用意した伝達特性を使ってフィルタを使って適切な信号処理をすることで、広帯域に渡って任意の指向制御が可能になる。なお、本実施形態では、予めフィルタW→(ω)を計算しているが、再生装置３０の計算処理能力などに応じて、再生位置、マイクロホンの配置が定まってからフィルタ計算部３５０が周波数ごとのフィルタW→(ω)を計算する構成としてもよい。
【０１１８】
＜変形例＞
第一実施形態同様、波として、音波を用いているが、電波や光波を用いてもよいし、他の帯域の電磁波を用いてもよい。その場合、スピーカに代えて、送信アンテナや発光素子等を用いることができる。要は、信号を同種の波に変換可能な複数の変換部であればよい。なお、変換部のことを、波を送信できるという意味から送信部と呼んでもよい。なお、第一実施形態の変形例で説明した受信部と送信部とを合わせて送受信部と呼んでもよい。また、変換部は、波源となり、波を出力するという意味で波源出力部と呼んでもよい。なお、第一実施形態の変形例で説明した波源入力部と合わせて波源入出力部と呼んでもよい。
【０１１９】
なお、マイクロホンをスピーカに置き換えることで、第一実施形態と同様の変形が可能である。
【０１２０】
＜第三実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１２１】
＜第三実施形態のポイント＞
第一実施形態と同様、本実施形態においても、非特許文献２及び３のズームアップマイクにおけるチャネル間相関を低減する考えを継承し、さらに、インパルス応答長を短くしつつ、受音時のSN比を高める。
【０１２２】
第一実施形態では、１つの高SNゾーン形成器１９０に対して、Ｍ個のマイクロホン２１１−ｍを設ける構成としている。一方、本実施形態では、N個の高SNゾーン形成器１９０−ｎを含み、各高SNゾーン形成器１９０−ｎに対してMn個のマイクロホン２１１−ｍｎを設ける。なお、Nを２以上の整数、n=1,2,…,Nとし、Mnをnに対応する（nに応じて変化する）1以上の整数、mn=1,…,Mnとする。そして、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎの内の少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン以外の位置に配置することで、行列式det(R)の最大化を図る。
【０１２３】
本実施形態では、受音時のSN比を高めるために、N個の高SNゾーン形成器を用いてそれぞれ高SNゾーンを形成し、各高SNゾーン付近に複数のマイクロホンを配置する。このとき、チャネル間相関を低減するために、少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する第ｎ高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン以外の位置に配置する。
【０１２４】
[必須条件]
(1)それぞれ高SNゾーンを形成するN個の高SNゾーン形成器を含むこと
N個の高SNゾーン形成器１９０−ｎを含む。各高SNゾーン形成器１９０−ｎは第一実施形態の高SNゾーン形成器１９０と同様の構成である。
【０１２５】
(2)各高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン付近FEに配置されるMn個のマイクロホンを含むこと。さらに、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎの内の少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン以外の位置に配置すること。なお、各高SNゾーン形成器１９０−ｎに対して少なくとも１つのマイクロホン２１１−ｍｎを配置させるため、マイクロホン２１１−ｍｎの必要最低数はN個である。
【０１２６】
(3)フィルタリング部を含むこと
(Σn=1NMn)個のマイクロホンに対し、それぞれ独立なフィルタ処理できるようなフィルタリング部１６０を有していること。入力の信号数が異なるだけで、処理内容は、第一実施形態のフィルタリング部１６０と同様である。
＜第三実施形態の概要＞
本実施形態では、第一実施形態において説明した高SNゾーン付近における性質を利用し、各高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン付近FEにMn個のマイクロホンを配置し、SN比を高める。
【０１２７】
また、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎの内の少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン以外の位置に配置することで、チャネル間相関を低減する。
【０１２８】
特に、高SNゾーン形成器１９０−ｎＡに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａの位置関係と、高SNゾーン形成器１９０−ｎＢに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ｂの位置関係とが異なるように、配置することで、チャネル間相関をより低減することができる。ただし、N個の高SNゾーン形成器１９０−ｎに対するマイクロホン２１１−ｍｎの全ての位置関係が同じであっても、図１５のように高SNゾーンF以外の位置にマイクロホン２１１−ｍｎが配置されていればよい。パラボラ形状等からなる高SNゾーン形成器１９０−ｎは、高SNゾーンに音波が集まるような形状をしているため、高SNゾーン以外の位置にマイクロホン２１１−ｍｎを配置すれば、非特許文献１のように全てのマイクロホンを高SNゾーンに配置した場合に比べ、マイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａで収音する音波とマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ｂで収音する音波との間の相関が低くなるため、このような構成であっても、行列式det(R)の最大化を図ることができる。
【０１２９】
＜第三実施形態に係る収音装置５０＞
[収音装置５０の信号処理]
第三実施形態に係る収音装置５０の機能構成を図１６に示す。なお、処理フローは第一実施形態に係る収音装置１０と同様である。この第三実施形態の収音装置５０は、ＡＤ変換部１２０、周波数領域変換部１３０、フィルタリング部１６０、時間領域変換部１７０、フィルタ計算部１５０、伝達特性記憶部１４０、N個の高SNゾーン形成器１９０−ｎ、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎを含む。
【０１３０】
なお、ＡＤ変換部１２０、周波数領域変換部１３０、フィルタリング部１６０、時間領域変換部１７０、フィルタ計算部１５０、伝達特性記憶部１４０の構成は第一実施形態と同様である。
【０１３１】
ただし、M個のマイクロホン２１１−ｍではなく、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎで収音し、で収音された(Σn=1NMn)個のアナログ信号、または、そのアナログ信号に対応する値を用いて各処理を行う。
【０１３２】
＜高SNゾーン形成器１９０−ｎ及びマイクロホン２１１−ｍｎ＞
Ｎ個の高SNゾーン形成器１９０−ｎは、第一実施形態の高SNゾーン形成器１９０と同様の構成である。
【０１３３】
(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎは、第一実施形態のマイクロホン２１１−ｍと同様の構成である。
【０１３４】
１つの高SNゾーン形成器１９０−ｎに対して、Mn個のマイクロホン２１１−ｍｎが設けられる。
【０１３５】
＜高SNゾーン形成器１９０−ｎに対するマイクロホン２１１−ｍｎの位置＞
空間相関行列Rの行列式det(R)が最大化されるように、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎを配置すればよい。前述したように、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎの内の少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン(例えば、焦点)以外の位置に配置することで、チャネル間相関を低減し、行列式det(R)の最大化を図る。特に、高SNゾーン形成器１９０−ｎＡに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａの位置関係と、高SNゾーン形成器１９０−ｎＢに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＝Ｂの位置関係とが異なるように、配置することで、チャネル間相関をより低減することができる。ただし、下付添え字ｎ＿Ａ及びｎ＿ＢはそれぞれｎＡ及びｎＢを表し、ｎＡ及びｎＢをそれぞれ１，２，…，Ｎの中の特定の値とし、ｎＡ≠ｎＢとする。
【０１３６】
別の言い方をすると、複数のマイクロホンで電気信号に変換される音波の間の相関が低くなるように、複数のマイクロホンを配置すればよい。全体として、相関が低くなるように、複数のマイクロホンを配置することが望ましいが、少なくとも、１つの相関が低くなるように、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎを配置すれば効果を得ることができる。別の言い方をすると、(Σn=1NMn)個のマイクロホンの中の、何れか2つのマイクロホンで変換される音波間の相関の組合せは、PC2個考えられるが（ただしP=Σn=1NMn）、その相関の組合せPC2個のうち、少なくとも1つの相関が低くなるように(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎを配置すればよい。
【０１３７】
図１７及び図１８は、それぞれ高SNゾーン形成器１９０−ｎに対するマイクロホン２１１−ｍｎの配置例を示す。
【０１３８】
この実施形態では、マイクロホン２１１−ｍｎは、高SNゾーン形成器１９０−ｎに到来する波を遮りにくい形状の支持部１９１−ｎで支持されている。支持部１９１−ｎは第一実施形態の支持部１９１と同様の構成である。
【０１３９】
図１７では、支持部１９１−ｎは、高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン付近に位置する面を含む構造物であって、その面にはマイクロホン２１１−ｍｎを保持するための空孔が複数形成される。
【０１４０】
図１８では、支持部１９１−ｎは、高SNゾーン形成器１９０−ｎとマイクロホン２１１−ｍｎとを結合する棒状の構造物である。図１８はN=3、M1=3,M2=3,M3=1の場合の例を示す。
【０１４１】
何れの例においても、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎの内の少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する高SNゾーン形成器１９０−ｎが形成する高SNゾーン(例えば焦点)以外の位置に配置している。また、高SNゾーン形成器１９０−ｎＡに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａの位置関係と、高SNゾーン形成器１９０−ｎＢに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ｂの位置関係とが異なるように配置されている。このような構成により、位置関係が異なるため、マイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａで収音する音波とマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ｂで収音する音波との間の相関が低くなる。なお、前述の通り、マイクロホン２１１−ｍｎは、対応する高SNゾーン形成器１９０−ｎの高SNゾーン付近に配置されるため、SN比は高くなる。よって、このような構成により、行列式det(R)の最大化が図られる。
【０１４２】
＜効果＞
このような構成により、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態のポイントは、(Σn=1NMn)個のマイクロホン２１１−ｍｎの内の少なくとも１個のマイクロホン２１１−ｍｎをそのマイクロホン２１１−ｍｎに対応する第ｎ高SNゾーン形成器が形成する高SNゾーン以外の位置に配置することであり、さらには、高SNゾーン形成器１９０−ｎＡに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａの位置関係と、高SNゾーン形成器１９０−ｎＢに対するマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ｂの位置関係とが異なるように、マイクロホン２１１−ｍｎ＿Ａとマイクロホン２１１−ｍｎ＿Ｂとが配置されていることであり、このポイントを含めば、第一実施形態や第二実施形態と組み合わせてもよい。例えば、図１７や図１８は、第一実施形態との組合せであり、例えば、図１８では、高SNゾーン形成器１９０−１及び１９０−２がそれぞれ形成する高SNゾーンの付近の異なる位置に、それぞれマイクロホン２１１−１１〜２１１−３１、マイクロホン２１１−１２〜２１１−３２を配置している。さらに、マイクロホン２１１−１１〜２１１−３１、マイクロホン２１１−１２〜２１１−３２、マイクロホン２１１−１３は、それぞれ対応する高SNゾーン形成器１９０−１、１９０−２及び１９０−３が形成する高SNゾーン以外の位置に配置されている。また、高SNゾーン形成器１９０−１に対するマイクロホン２１１−１１〜２１１−３１の位置関係と、高SNゾーン形成器１９０−２に対するマイクロホン２１１−１２〜２１１−３２の位置関係と、高SNゾーン形成器１９０−３に対するマイクロホン２１１−１３の位置関係とが異なるように配置されている。また第一実施形態や第二実施形態と同様の変形が適用できる。
【０１４３】
＜その他の変形例＞
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【０１４４】
＜プログラム及び記録媒体＞
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
【０１４５】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
【０１４６】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させてもよい。
【０１４７】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶部に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶部に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実施形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
【０１４８】
また、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、各装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【図１】
2015198411.tif 000025
【図２】
2015198411.tif 000026
【図３】
2015198411.tif 000027
【図４】
2015198411.tif 000028
【図５】
2015198411.tif 000029
【図６】
2015198411.tif 000030
【図７】
2015198411.tif 000031
【図８】
2015198411.tif 000032
【図９】
2015198411.tif 000033
【図１０】
2015198411.tif 000034
【図１１】
2015198411.tif 000035
【図１２】
2015198411.tif 000036
【図１３】
2015198411.tif 000037
【図１４】
2015198411.tif 000038
【図１５】
2015198411.tif 000039
【図１６】
2015198411.tif 000040
【図１７】
2015198411.tif 000041
【図１８】
2015198411.tif 000042