(57)【要約】【課題】マルチチャンネル音響システムにおける再生音場の音響信号を生成する際に、再生チャンネル数よりも少ないチャンネル数で収音する収音マイクロホン及びその収音した音響信号を処理する収音再生装置を提供する。【解決手段】本発明の収音マイクロホン１０は、２次元平面上に中心点から放射状に指向性を向けた複数の指向性マイクロホンからなる主マイクロホン部（Ｍｃ−ＦＬ， Ｍｃ−ＦＣ， Ｍｃ−ＦＲ, Ｍｃ−ＳｉＲ， Ｍｃ−ＢＲ， Ｍｃ−ＢＣ, Ｍｃ−ＢＬ， Ｍｃ−ＳｉＬ）と、前記主マイクロホン部を構成する２次元平面に対して前記中心点から法線上に所定の距離で位置する補助マイクロホン部（Ｍｃ−ＴｐＣ）とを備える。また、収音再生装置２０は、収音した音響信号を処理するように構成される。【選択図】図２
2012050044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャンネル音響システムにおける再生音場の音響信号を生成する際に、再生チャンネル数よりも少ないチャンネル数で収音する収音マイクロホンであって、
２次元平面上に中心点から放射状に指向性を向けた複数の指向性マイクロホンからなる主マイクロホン部と、
前記主マイクロホン部を構成する２次元平面に対して前記中心点から法線上に所定の距離で位置する補助マイクロホン部と、
を備えることを特徴とする収音マイクロホン。
【請求項２】
前記主マイクロホン部は、少なくとも８方向の狭指向性で収音するように構成された複数の指向性マイクロホンからなることを特徴とする、請求項１に記載の収音マイクロホン。
【請求項３】
前記距離の下限値は、上下方向に関する音の到来方向判定の分解能を表す音のサンプリング周波数にしたがって規定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の収音マイクロホン。
【請求項４】
前記補助マイクロホン部は、前記主マイクロホン部を構成する平面に平行に到来する音と該平面に対して上側から到来する音の双方について収音可能な指向性を有し、上到来方向の収音感度が下到来方向の収音感度よりも高いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の収音マイクロホン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の収音マイクロホンによって収音した原音場の音響信号を処理して、当該マルチチャンネル音響システムにおける再生音場の音響信号を生成する収音再生装置であって、
前記主マイクロホン部から出力される音響信号と前記補助マイクロホン部から出力される音響信号との間の相互相関関数を測定して、各音響信号の時間差を求めることにより音の到来方向の情報を判別する方向判別部と、
前記方向判別部によって判別した音の到来方向の情報に基づいて収音された主マイクロホン部からの音響信号の振幅を調整し、当該マルチチャンネル音響システムにおける各チャンネル用の音響信号として割り当てて合成し、再生音場の音響信号を生成する振幅比調整部と、
を備えることを特徴とする収音再生装置。
【請求項６】
前記振幅比調整部は、各指向性マイクロホンと等しい水平角を有し仰角の異なる位置の当該マルチチャンネル音響システムの複数のスピーカに対して、前記音の到来方向の情報に応じて前記主マイクロホン部から出力される音響信号の出力を振り分けることにより、前記主マイクロホン部の各指向性マイクロホンと対応する方向の再生音場の音響信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の収音再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャンネル用の収音マイクロホンの技術に関し、特に、再生チャンネル数未満のマイクロホンで収音する収音マイクロホン及びその収音した音響信号を処理する収音再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカを３次元的に配置する音響システムでは、スピーカの方向に応じた音を収録する必要がある。このため、ライブで音を伝送する必要がある場合は、再生するスピーカに対応した数のマイクロホンを収音する音場内に設置する必要がある。また、ライブ伝送を行う必要がない場合は、収録する音源を分離して収録し、さらにそれらの収録した音源ごとに対しオフラインのミキシング処理で任意の場所に位置させて再生音を合成することが行われている。
【０００３】
通常、再生チャンネル数以上の収音を行い、撮影するときの音場状況や映像に合わせて意図的に編集される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４８３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
再生するスピーカに対応した数のマイクロホンを設置する場合は、各スピーカから再生する音の分離を確保するため、空間内で互いに十分な距離を離して多数のマイクロホンを設置する必要がある。この場合、マイクロホンシステムが空間内の広い範囲に分布し、実時間性や機動性に問題が多く、マイクロホンの設置位置に制約の多い番組中継で用いることは極めて困難である。
【０００６】
設置する場所が限られる場合には、空間内の１点に、再生するスピーカの方向に対応したマイクロホンを設置する方法がある。この場合は、各方向に指向軸を向け、かつ指向性ビームの幅が隣接するチャンネルと重ならない個別のマイクロホンで収音する必要がある。このとき、２２．２ｃｈ音響システムなど、チャンネル数が多いシステムではチャンネル間の見込み角が小さくなるため、極めて指向性の高いマイクロホンを使用する必要が生じ、システムが大型化することが問題である。
【０００７】
なお、ライブ伝送を行う必要がない場合は、オフラインのミキシング処理で音を制作することが可能ではあるが、この場合は一般に収音するマイクロホンの延べ数はチャンネル数を大幅に上回ることが多く、収音システムが大規模になることが問題である。
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題に鑑みて為されたものであり、再生チャンネル数未満のマイクロホンで収音する収音マイクロホン及びその収音した音響信号を処理する収音再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、スーパーハイビジョン（ＳＨＶ）の２２．２ｃｈ音響システムなど、スピーカを３次元的に配置する音響システムにおける収音法に関するもので、スピーカ配置を平面内に射影した際に重なり合うチャンネルを統合して再生時のスピーカ配置よりも少ないチャンネル数で収音すると同時に、上下方向判定用の補助マイクロホンと組み合わせて音の上下到来方向の判定を行い、上記平面内のマイクロホンによる音と、上記上下到来方向の情報から、３次元配置のスピーカで再生する信号を合成することにより、再生チャンネル数よりも少ないマイクロホン数で収音する。これにより、収音に要するマイクロホン数を削減し、収音マイクロホンシステムを簡素化できる。
【００１０】
即ち、本発明の収音マイクロホンは、マルチチャンネル音響システムにおける再生音場の音響信号を生成する際に、再生チャンネル数よりも少ないチャンネル数で収音する収音マイクロホンであって、２次元平面上に中心点から放射状に指向性を向けた複数の指向性マイクロホンからなる主マイクロホン部と、前記主マイクロホン部を構成する２次元平面に対して前記中心点から法線上に所定の距離で位置する補助マイクロホン部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の収音マイクロホンにおいて、前記主マイクロホン部は、少なくとも８方向の狭指向性で収音するように構成された複数の指向性マイクロホンからなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の収音マイクロホンにおいて、前記距離の下限値は、上下方向に関する音の到来方向判定の分解能を表す音のサンプリング周波数にしたがって規定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の収音マイクロホンにおいて、前記補助マイクロホン部は、前記主マイクロホン部を構成する平面に平行に到来する音と該平面に対して上側から到来する音の双方について収音可能な指向性を有し、上到来方向の収音感度が下到来方向の収音感度よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の収音再生装置は、本発明の収音マイクロホンによって収音した原音場の音響信号を処理して、当該マルチチャンネル音響システムにおける再生音場の音響信号を生成する収音再生装置であって、前記主マイクロホン部から出力される音響信号と前記補助マイクロホン部から出力される音響信号との間の相互相関関数を測定して、各音響信号の時間差を求めることにより音の到来方向の情報を判別する方向判別部と、前記方向判別部によって判別した音の到来方向の情報に基づいて収音された主マイクロホン部からの音響信号の振幅を調整し、当該マルチチャンネル音響システムにおける各チャンネル用の音響信号として割り当てて合成し、再生音場の音響信号を生成する振幅比調整部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の収音再生装置において、前記振幅比調整部は、各指向性マイクロホンと等しい水平角を有し仰角の異なる位置の当該マルチチャンネル音響システムの複数のスピーカに対して、前記音の到来方向の情報に応じて前記主マイクロホン部から出力される音響信号の出力を振り分けることにより、前記主マイクロホン部の各指向性マイクロホンと対応する方向の再生音場の音響信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、スピーカを３次元的に配置する音響システムにおいて、再生時のスピーカ配置よりも少ないマイクロホン数で収音することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】２２．２ｃｈ音響システムの説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による一実施例の収音マイクロホンの概略図である。
【図３】本発明による一実施例の収音マイクロホン及び収音再生装置を２２．２ｃｈ音響システムに適用した際の１つの主マイクロホンと補助マイクロホンからなる面内で収音した原音場の音響信号を再生音場の音響信号に変換するための収音システムの構成例を示す図である。
【図４】本発明による一実施例の収音マイクロホンにおける主マイクロホン部の狭指向性の特性例を示す図である。
【図５】本発明による一実施例の収音マイクロホンにおける主マイクロホン部の周波数特性例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による一実施例の収音マイクロホン及び収音再生装置を説明する。
【００１９】
本実施例の収音マイクロホン及び収音再生装置を、２２．２ｃｈ音響再生システムに適用した場合について説明する。図１は、２２．２ｃｈ音響システムの説明図である。２２．２ｃｈ音響システムは、水平面内の中間層における８チャンネル（ＦＬ， ＦＣ， ＦＲ, ＳｉＲ， ＢＲ， ＢＣ， ＢＬ， ＳｉＬ）を基本としており、中間層のチャンネルと同じ水平面内の配置で上層に８チャンネル（ＴｐＬ， ＴｐＣ， ＴｐＲ， ＴｐＳｉＲ， ＴｐＢＲ， ＴｐＢＣ， ＴｐＢＬ， ＴｐＳｉＬ）を設置し、さらに上層中央では、１チャンネルのＴｐＣチャンネルを設置している。この他に下層として画面内定位補強用にＦＬｃ， ＦＲｃ、画面下部定位補強用にＢｔＦＬ， ＢｔＦＣ， ＢｔＦＲの３チャンネル、さらに低域再生（Low Frequency Effectとも称される）用にＬＦＥ１， ＬＦＥ２の２チャンネルを保有している。
【００２０】
このような２２．２ｃｈ音響再生システムでは、例えば音響ホールなどマイクロホンの設置場所が限られる原音場での収音には、再生チャンネル数分のマイクロホンを用いて、各方向に指向軸を向け、かつ指向性ビームの幅が隣接するチャンネルと重ならない個別のマイクロホンで収音を行うこととなり、従来技術では収音システムが大規模になっている。
【００２１】
そこで、本実施例の収音マイクロホンは、収音に要するマイクロホン数を削減した構成とし、本実施例の収音再生装置は、収音マイクロホンで収音した再生チャンネル数よりも少ない数の音響信号から再生チャンネル数に応じた数の音響信号の振幅比を調整して再生するように構成される。
【００２２】
図２は、本発明による一実施例の収音マイクロホンの概略図である。図２（ａ）は、実施例の収音マイクロホンの上面図であり、図２（ｂ）は、実施例の収音マイクロホンの側面図であり、図２（ｃ）は、実施例の収音マイクロホンの鳥瞰図（斜視図）である。
【００２３】
図２に示すように、本実施例の収音マイクロホン１０は、２次元平面上に中心点から放射状に指向性を向けた複数の指向性マイクロホンからなる主マイクロホン部と、上下到来方向の判定のために主マイクロホン部を構成する２次元平面に対して中心点から法線上に所定の距離で位置する補助マイクロホン部（Ｍｃ−ＴｐＣ）からなる。より具体的には、主マイクロホン部は、２次元平面内に中心点に対して等角度で配置された少なくとも８方向の狭指向性で、再生チャンネル数よりも少ないチャンネル数（Ｍｃ−ＦＬ，Ｍｃ−ＦＣ，Ｍｃ−ＦＲ, Ｍｃ−ＳｉＲ，Ｍｃ−ＢＲ，Ｍｃ−ＢＣ，Ｍｃ−ＢＬ，Ｍｃ−ＳｉＬ）で収音する複数の指向性マイクロホンからなる。
【００２４】
２２．２ｃｈ音響再生システムでは、図１で説明したスピーカ配置のうち、ベースとなるのは中間層と上層の８ｃｈとなるので、ここでは説明のため、本実施例の収音マイクロホン１０を用いて図１に示す中間層８チャンネルの平面内の中心であり、且つ上層中央１チャンネルから中間層８チャンネルの平面内に対する法線上に位置する点Ａを収音マイクロホン１０の中心点として設置し、中間層８チャンネルと上層８チャンネル及び上層中央１チャンネルの音を収音することを想定する。尚、実際に収音する音場の環境を、２２．２ｃｈ音響再生システムで再現する場合を想定して収音するものであるため、本実施例の収音マイクロホン１０の原音場に対する設置位置は適宜定めることができる。
【００２５】
より具体的には、２２．２ｃｈ等のマルチチャンネル音響再生システムでは、原音場のある１点に到来する各方向の音を、再生音場の対応するスピーカから再生することが望ましいと考えられる。このためには、再生音場の各スピーカの方向を主軸とする指向性マイクロホンを原音場に設置し、かつ各マイクロホンの指向性がお互いに重複しないような狭指向性であることが望ましい。理想的にはスピーカの数だけの狭指向性マイクロホンを設置することが望ましいと考えられるが、互いに指向性ビームが重複しないようにする場合、音響システムのチャンネル数が増加すればするほど指向性ビームを狭くする必要があり、一般にマイクロホンが大型化することになる。本発明では、マルチチャンネル音響システムに適用する場合にマイクロホンが大型になり、かつ本数が増加する問題を解決することができる。
【００２６】
また、人間の耳は水平面内の左右２個だけであり、これにより水平面内の方向分解能が上下方向の方向分解能よりもすぐれていることは知られている。そこで、本実施例では、主マイクロホン部として、平面（本例では、水平面）内に８チャンネルに対応して狭指向性マイクロホン（Ｍｃ−ＦＬ， Ｍｃ−ＦＣ， Ｍｃ−ＦＲ, Ｍｃ−ＳｉＲ， Ｍｃ−ＢＲ， Ｍｃ−ＢＣ, Ｍｃ−ＢＬ， Ｍｃ−ＳｉＬ）を設置し、補助マイクロホン部として、平面（本例では、水平面）から垂直方向に一定距離離れた位置に補助マイクロホン（Ｍｃ−ＴｐＣ）を１チャンネル設置する。
【００２７】
主マイクロホン部における各狭指向性マイクロホンは、そのマイクロホンの水平角を持ち異なる仰角を持つ到来音にも対応するため、中間層のスピーカと上層のスピーカの中間方向に、収音する指向性を向けるものとする。例えば、狭指向性マイクロホンとしては、例えば図４の指向特性及び図５に示すような周波数特性を有するものがある（例えば、特許公開平６−２３３３７１参照）。本実施例では、隣接するチャンネル位置である４５方向で半値幅である−６ｄＢ以下の分離が得られる帯域が１ｋＨｚ以上の狭指向性マイクロホンを用いることができる。
【００２８】
また、補助マイクロホン部としては、上下到来方向の判定のために、主マイクロホン部を構成する平面の到来方向とその上到来方向をともにカバーする必要があることから、全指向性マイクロホンとするのが好適であるが、下到来方向からの音の反射の影響が方向推定に悪影響を与える場合には、上到来方向に主軸を向けた単一指向性マイクロホンを用いることもできる。この場合、補助マイクロホン部は、主マイクロホン部を構成する平面における音の到来方向と該平面に対して上側から音の到来方向の双方について収音可能な指向性を有し、かつ、上到来方向の収音感度が下到来方向の収音感度よりも２０ｄＢ以上高いものがより好ましい。
【００２９】
図３は、本発明による一実施例の収音マイクロホン及び収音再生装置を２２．２ｃｈ音響システムに適用した際の１つの主マイクロホンと補助マイクロホンからなる面内で収音した原音場の音響信号を再生音場の音響信号に変換するための収音システムの構成例を示す図である。収音マイクロホン１０は原音場の音を収音する。
【００３０】
収音再生装置２０は、収音された主マイクロホン部（例えば、Ｍｃ−ＳｉＬ）からの音響信号と補助マイクロホン部（Ｍｃ−ＴｐＣ）からの音響信号を入力して、主マイクロホン部から出力される音響信号と補助マイクロホン部から出力される音響信号との間の相互相関関数を測定して、各音響信号の時間差を求めることにより音の到来方向の情報（高さ方向の情報）を判別する方向判別部２０１と、方向判別部２０１によって判別した音の到来方向の情報に基づいて収音された主マイクロホン部（例えば、Ｍｃ−ＳｉＬ）からの音響信号の振幅を調整し、マルチチャンネル音響システムにおける各チャンネル用の音響信号として割り当てて合成し、再生音場の音響信号を生成する振幅比調整部２０２とを備える。
【００３１】
具体的に、図３を参照して、中間層の水平面内の主マイクロホンのうち、Ｍｃ−ＳｉＬに着目して説明する。Ｍｃ−ＳｉＬで収音した音成分と、補助マイクロホンＭｃ−ＴｐＣで収音した音成分とが、方向判定部２０１に入力される。方向判定部２０１は、中間層の水平面内の主マイクロホンＭｃ−ＳｉＬと補助マイクロホンＭｃ−ＴｐＣの出力を比較することで、音の到来方向の情報（高さ方向の情報）を得ることができ、この音の到来方向の情報を振幅比調整部２０２に送出する。
【００３２】
ここで、音の到来方向の情報（高さ方向の情報）を得る方法には複数考えられるが、ここでは両信号の相関関数をとる方法について説明する。
【００３３】
2012050044.tif 000003
【００３４】
【数１】
2012050044.tif 000004
【００３５】
式（１）から、相関関数の計算により求めたτdより到来方向を求めることができる。
【００３６】
【数２】
2012050044.tif 000005
【００３７】
なお、方向判定部２０１は、中間層の水平面内の主マイクロホンＭｃ−ＳｉＬに入力される音成分が主としてどの方向からの成分であるかを判別する際、判別に使用する補助マイクロホンＭｃ−ＴｐＣには中間層の水平面内の各方向の音が入力されるが、主マイクロホンが狭指向性を有するため、音の到来方向の判定には注目する方向以外の音の影響は小さく抑えられる。
【００３８】
また、式（１）より、距離ｄが小さすぎると検出される時間差が小さくなり、精度が悪化すると考えられる一方、距離ｄを大きくとると収音マイクロホン１０の全体のサイズが増大し、収音システムとしての機動性の観点から好ましくない。そこで、主マイクロホン部及び補助マイクロホン部の中間である４５度方向から音が到来した際に、主マイクロホン部及び補助マイクロホン部で検出する双方の音の時間差を精度良く検出可能な最小値と考えられる０．５ [ｍｓ]程度の時間差が得られる値を考えると、式（１）よりｄ≒２４ [ｃｍ]と計算される。この値は、可搬型のマイクロホンの大きさとして十分に実現可能な値である。なお、時間差の検出自体は１ｍｓ以下の時間差でも十分可能であり、距離ｄをさらに小さくすることは可能と考えられるが、音のサンプリング周波数が４８ｋＨｚの場合、１サンプル当たりの時間は約２０μｓであるため、時間差は検出可能でも検出可能な時間差の分解能が低下し、結果として推定角度の分解能が低下するため、所要の角度分解能を考慮して距離ｄを決定する。したがって、距離ｄの下限値を上下方向に関する音の到来方向判定の分解能を表す音のサンプリング周波数にしたがって規定するのが好適であり、より具体的には距離ｄは、１２ｃｍ以上とするのが好適である。
【００３９】
振幅比調整部２０２は、主マイクロホンＭｃ−ＳｉＬによって収音した音に、方向判定部２０１から得られた音の到来方向の情報（高さ方向の情報）に基づく振幅比で調整して、この主マイクロホンと対応する方向のスピーカであるＳｐ−ＳｉＬとそのすぐ上のスピーカであるＳｐ−ＴｐＳｉＬの両方から再生するための音響信号を生成する。なお、到来方向がＳｐ−ＴｐＳｉＬよりも上と判断された場合はＳｐ−ＴｐＳｉＬとＳｐ−ＴｐＣの間に適切な振幅比を与えて音を再生する。振幅比調整部２０２は、Ｍｃ−ＳｉＬ以外の主マイクロホンの平面内７方向についても、同様に収音して得られた原音場の音響信号に対して音の到来方向の情報（高さ方向の情報）に基づく振幅比で調整して、再生音場の音響信号の生成を行う。このようにして得られた再生音場の音響信号は、２次元的な主マイクロホン部の配置で、効率的に３次元的なスピーカ配置に対応した再生音場の音を収音することができる。
【００４０】
なお、上記実施例では、方向判別部２０１として全帯域の音を用いて主マイクロホンと対応する方向の上下のスピーカに収音した音響信号の振幅比を振り分ける処理を行う例として説明しているが、この処理を周波数帯域ごとに行うことも可能である。
【００４１】
さらに、方向判別部２０１の方向判定は音の到来方向の変化に追随する必要があるが、不自然な音の移動感を避けるために音の振幅比を決めるパラメータの変化に時定数を持たせて動きをゆるめることも可能である。
【００４２】
なお、上記の説明では水平面内の１本の主マイクロホンＭｃ−ＳｉＬに着目して説明を行ったが、Ｍｃ−ＳｉＬ以外の７方向についても同様の処理を行なって合成した音響信号を生成することができることはいうまでもない。
【００４３】
また、本実施例では、中間層の水平面方向に８チャンネルと上層の９チャンネルの２層について再生音場の音響信号を生成する場合を説明したが、水平面方向のスピーカ数が異なる場合や、垂直方向の層数が異なる場合にも応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、再生チャンネル数よりも少ないマイクロホン数で収音することが可能となるので、スピーカを３次元的に配置するマルチチャンネル音響システムに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  収音マイクロホン
２０  収音再生装置
２０１  方向判別部
２０２  振幅比調整部
【図１】
2012050044.tif 000006
【図２】
2012050044.tif 000007
【図３】
2012050044.tif 000008
【図４】
2012050044.tif 000009
【図５】
2012050044.tif 000010