(57)【要約】【課題】収音性能を改善し効率よく指向性合成を行うマルチチャンネル用の収音マイクロホンシステム及びその収音装置を提供する。【解決手段】本発明の収音マイクロホンシステムは、収音装置１及び収音信号処理装置１０を備える。収音装置１は、収音空間を分割する仕切り空間Ｈｎごとにその開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎが設置される。収音信号処理装置１０は、高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎの出力について仕切り空間Ｈｎで定まる遮断周波数に相当する所定の周波数以上の帯域を抽出するハイパスフィルタ２０１及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの出力について該所定の周波数以下の帯域を抽出するローパスフィルタ２０２と、抽出した各出力成分を合成し仕切り空間Ｈｎごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部３０，４０‐ｎとを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置された収音装置と、
各主マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置とを備え、
前記収音信号処理装置は、
各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の各高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、
当該所定の周波数以下の帯域の各低域用の主マイクロホン素子の出力成分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、
を有することを特徴とする収音マイクロホンシステム。
【請求項２】
マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置された収音装置と、
前記主マイクロホン素子及び前記補助マイクロホン素子の各々の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、
前記収音信号処理装置は、
各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、
当該所定の周波数以下の帯域の低域用の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力成分をそれぞれ抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、
を有することを特徴とする収音マイクロホンシステム。
【請求項３】
前記仕切り空間は、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割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システム。
【請求項４】
マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置された収音装置と、
各主マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置とを備え、
前記収音信号処理装置は、
各主マイクロホン素子の出力について所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の各高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、
当該所定の周波数以下の帯域の各低域用の主マイクロホン素子の出力成分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り角ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、
を有することを特徴とする収音マイクロホンシステム。
【請求項５】
マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置された収音装置と、
前記主マイクロホン素子及び前記補助マイクロホン素子の各々の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、
前記収音信号処理装置は、
各主マイクロホン素子の出力について所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、
当該所定の周波数以下の帯域の低域用の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力成分をそれぞれ抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り角ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、
を有することを特徴とする収音マイクロホンシステム。
【請求項６】
マルチチャンネル用の収音装置であって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置されていることを特徴とする収音装置。
【請求項７】
マルチチャンネル用の収音装置であって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置されていることを特徴とする収音装置。
【請求項８】
マルチチャンネル用の収音装置であって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置されていることを特徴とする収音装置。
【請求項９】
マルチチャンネル用の収音装置であって、
収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置されていることを特徴とする収音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパーハイビジョン用の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技術として、特に、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステム及びその収音装置に関する。
【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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、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。
【０００４】
このため、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ことが考えられる。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ことが必要になる。例えばショットガンマイクロホンのような狭指向性マイクロホンを用いる場合、周波数によって指向特性が大きく異なり、収録する音の周波数特性が乱れ、方向によって音質が変化するという問題が生じる。
【０００５】
そこで、特許文献１に開示されるような複数のマイクロホンを用いるマイクロホンアレイ方式を利用して、マイクロホンを球面上に配置するなど立体的に多数配置して信号処理を行い、指向性合成を行うことが考えられる。この場合、十分な指向性を得るためには波長と同等のオーダーの大きさのマイクロホンが必要となる一方、高い周波数までカバーする場合にはマイクロホン間隔を十分に小さくする必要がある。このため、マイクロホンアレイ方式で広い周波数帯域にわたり良好な指向性を得るためには、十分な大きさのアレイであり、かつマイクロホン素子間隔を小さくする必要があるため、結果的に非常に多数のマイクロホンを要する。
【０００６】
一方、音波が入射する開口を有すると共に遮音プレートによりそれぞれ分離されている複数の遮音空間を形成する遮音構造体と、この遮音構造体の遮音空間内にそれぞれ配置され、開口を経て入射する音を受音する複数のマイクロホンとを備える収音装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
即ち、特許文献２の技法では、収音空間内の１点（以下、「収音点」と称する）を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた空間（以下、「仕切り空間」と称する）ごとにマイクロホン素子を設置する方式となっており、立体的な音場においても再生するスピーカの方向に対応したマイクロホン素子の設置個数で実現することが可能である。
【０００８】
この特許文献２に開示される技法では、遮音プレート（即ち、仕切り板）の効果により指向性収音を行うことが可能であるが、各マイクロホン素子の出力を用いて如何にして指向性合成を行えば全体域で狭指向特性を得ることができるかについて開示されていない。ただし、この点については、再生するスピーカの方向に対応した仕切り空間ごとに１つの主マイクロホン素子（広帯域及び広指向性のマイクロホン素子）を設置し、所定の周波数以上では仕切り板の効果により指向性収音を行うとともに、その所定の周波数以下では複数の主マイクロホン素子の出力を基に指向性合成を行い、全体域で狭指向特性を得る方式が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
特に、特許文献３に開示される収音マイクロホンシステムは、単に仕切り板を用いて収音するだけの方式と比較して、指向性合成のための低域側での指向特性を改善する効果がある。また、特許文献３には、この収音マイクロホンシステムを更に改善するため、仕切り空間ごとの主マイクロホン素子だけでは指向性の合成に十分な数とならない場合を考慮して、１つ以上の補助マイクロホン素子を設置する構成も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１５２９４９号公報
【特許文献２】特許第５１７５２３９号明細書
【特許文献３】特開２０１２−２５３７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した特許文献３に開示される収音マイクロホンシステムであれば、再生するスピーカの方向に対応した仕切り空間ごとに１つの主マイクロホン素子（広帯域及び広指向性のマイクロホン素子）を設置し、収録する音の周波数特性や音質を安定化させ、全体域で狭指向特性を得ることができる。また、１つ以上の補助マイクロホン素子を加えて設置することで、その性能を向上させることができる。
【００１２】
したがって、特許文献３による収音マイクロホンシステムでは、再生するスピーカの方向に対応した仕切り空間ごとに１つの主マイクロホン素子（広帯域及び広指向性のマイクロホン素子）を設置することで、或る所定の周波数以上の帯域では仕切り板により指向性を確保し、所定の周波数以下の帯域で仕切り板による狭指向性効果と、指向性合成の信号処理とを組み合わせることにより、マルチチャンネルの再生音を収音する仕組みとなっている。
【００１３】
しかしながら、指向性合成を行う信号処理は、マイクロホン素子の出力間の差分をとる演算も含まれており、このため指向性合成の出力は増幅して出力するのが一般的である。このため、マイクロホン素子の本体が発生する内部雑音は当該差分をとってもレベルが増大してしまい、結果的に指向性合成を行う信号処理の出力は信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が劣化するという問題がある。特に、狭指向性を得るための指向性合成を行う信号処理ではこの傾向が顕著である。
【００１４】
本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、収音性能を改善し効率よく指向性合成を行うマルチチャンネル用の収音マイクロホンシステム及びその収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】
【００１５】
上記Ｓ／Ｎ比の劣化を避けて収音性能を改善し、効率よく指向性合成を行うため、本発明による一態様の収音マイクロホンシステム及びその収音装置では、前述した特許文献３に開示されるような広帯域及び広指向性のマイクロホン素子を主マイクロホン素子として用いるのではなく、狭帯域及び広指向性のマイクロホンを主マイクロホン素子として、仕切り板の大きさで定まる遮断周波数を境に、周波数帯域別に設置する構成とする。特に、当該遮断周波数以下の周波数帯域用の主マイクロホンに対しては、主マイクロホン素子本体の発生する雑音の極めて低いマイクロホン素子を用いるのが好適である。一般に主マイクロホン素子として利用可能なコンデンサマイクロホンの感度は、使用する上限周波数とトレードオフの関係にあり、或る特定の周波数を周波数特性の上限とするマイクロホン素子を用いれば、極めて感度が高く、相対的に雑音の低いマイクロホン素子を実現することができる。
【００１６】
また、本発明による一態様の収音マイクロホンシステム及びその収音装置において、当該遮断周波数以下の周波数帯域の音波を受音する補助マイクロホン素子を用いる構成とすることができる。この場合、補助マイクロホン素子は、当該遮断周波数を有効感度帯域の上限とするきわめて低雑音のコンデンサマイクロホンとするのが好適である。
【００１７】
また、本発明による別態様の収音マイクロホンシステム及びその収音装置として、仕切り板を用いることなく、狭帯域及び狭指向性の主マイクロホン素子を特定の周波数を境に、周波数帯域別に複数設ける構成とする。また、本発明による第２態様の収音マイクロホンシステム及びその収音装置においても、当該特定の周波数以下の周波数帯域の音波を受音する補助マイクロホン素子を用いる構成とすることができる。この場合、仕切り板を利用する第１態様と比較して、その仕切り空間に対応する仕切り角で、不感域を極力低減するよう補う程度に主マイクロホン素子の個数を増大させることになるが、当該特定の周波数の設定が主マイクロホン素子の性能で一意に決定されるため、その設定が容易となり、かつ周波数帯域別に複数設ける構成とすることで、上記Ｓ／Ｎ比の劣化を避けて収音性能を改善し、効率よく指向性合成を行うことが可能となる。
【００１８】
即ち、本発明による第１態様の収音マイクロホンシステムは、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置された収音装置と、各主マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置とを備え、前記収音信号処理装置は、各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の各高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、当該所定の周波数以下の帯域の各低域用の主マイクロホン素子の出力成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明による第２態様の収音マイクロホンシステムは、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置された収音装置と、前記主マイクロホン素子及び前記補助マイクロホン素子の各々の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、前記収音信号処理装置は、各主マイクロホン素子の出力について当該仕切り空間で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、当該所定の周波数以下の帯域の低域用の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力成分をそれぞれ抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り空間ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による第１又は第２態様の収音マイクロホンシステムにおいて、前記仕切り空間は、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されていることを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明による第３態様の収音マイクロホンシステムは、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置された収音装置と、各主マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置とを備え、前記収音信号処理装置は、各主マイクロホン素子の出力について所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の各高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、当該所定の周波数以下の帯域の各低域用の主マイクロホン素子の出力成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り角ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、を有することを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明による第４態様の収音マイクロホンシステムは、マルチチャンネル用の収音マイクロホンシステムであって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置された収音装置と、前記主マイクロホン素子及び前記補助マイクロホン素子の各々の出力について収音方向を検出して合成する収音信号処理装置を備え、前記収音信号処理装置は、各主マイクロホン素子の出力について所定の周波数で帯域抽出を行い、当該所定の周波数以上の帯域の高域用の主マイクロホン素子の出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタと、当該所定の周波数以下の帯域の低域用の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力成分をそれぞれ抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで抽出される各出力成分から前記所定の収音方向ごとの出力成分を検出し、前記ハイパスフィルタで抽出した対応する高域用の主マイクロホン素子の出力成分と合成して、仕切り角ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する指向性合成フィルタ処理部と、を有することを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明による第１態様の収音装置は、マルチチャンネル用の収音装置であって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置されていることを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明による第２態様の収音装置は、マルチチャンネル用の収音装置であって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間によって収音空間が分割され、仕切り空間ごとに当該仕切り空間の開口角以上の指向特性幅を持つ広指向性で高域用及び低域用の主マイクロホン素子が設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置されていることを特徴とする。
【００２５】
更に、本発明による第３態様の収音装置は、マルチチャンネル用の収音装置であって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置されていることを特徴とする。
【００２６】
更に、本発明による第４態様の収音装置は、マルチチャンネル用の収音装置であって、収音空間内の収音点を中心に所定の収音方向を中心軸とする仕切り角によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子がそれぞれ複数設置され、さらに、１つ以上の補助マイクロホン素子が設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、収音性能を改善し、効率よく指向性合成を行うマルチチャンネル用の収音マイクロホンシステム及びその収音装置を提供することができ、特に、スピーカを３次元的に配置する音響システムにおいて、指向性合成による信号処理によるＳ／Ｎ比の劣化を伴わずに、広い周波数帯域でほぼ一定の空間分割した指向性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】２２．２チャンネル音響空間の概要を示す図である。
【図２】本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける仕切り空間を設けた主マイクロホン素子による収音装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置のブロック図である。
【図４】本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置の演算処理ブロック図である。
【図５】本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、半径ｒ＝２０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向特性を示す図である。
【図６】本発明による第１実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、半径ｒ＝２０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向係数を示す図である。
【図７】本発明による第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける仕切り空間を設けた主マイクロホン素子と補助マイクロホン素子による収音装置の構成例を示す図である。
【図８】本発明による第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置のブロック図である。
【図９】本発明による第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置の演算処理ブロック図である。
【図１０】広帯域コンデンサマイクロホンの周波数対感度特性と、高域用コンデンサマイクロホン及び低域用コンデンサマイクロホンの周波数対感度特性とを概念的に示して比較する図である。
【図１１】（ａ）, （ｂ）は、それぞれ本発明による第３実施形態の収音マイクロホンシステムにおける主マイクロホン素子と補助マイクロホン素子による収音装置の構成例と、その主マイクロホン素子の狭指向性を表わす指向特性の例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による各実施形態の収音マイクロホンシステムについて順に説明する。まず、第１実施形態の収音マイクロホンシステムについて説明する。
【００３０】
〔第１実施形態〕
まず、本実施形態の収音マイクロホンシステムの収音空間として、２２．２チャンネル音響再生空間に応用した例について説明する。図１は、２２．２チャンネル音響空間の概要を示す図である。２２．２チャンネル音響再生空間は、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）のスピーカを基本としており、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）のスピーカを設置し、さらに上層中央では、１チャンネルのＴｐＣチャンネルのスピーカを設置している。この他に中間層として画面内定位補強用にＦＬｃ，ＦＲｃ、下層として画面下部定位補強用にＢｔＦＬ， ＢｔＦＣ， ＢｔＦＲの３チャンネルのスピーカ、さらに低域再生（Low Frequency Effectとも称される）用にＬＦＥ１， ＬＦＥ２の２チャンネルのスピーカを保有している。
【００３１】
本実施形態では、図１に示すスピーカ配置のうち、ベースとなるのは水平面内と上層部の８チャンネルであることに着目し、水平面内８チャンネルと上層８チャンネルの音を収音することを想定して、上層８チャンネルをＣＨ１，ＣＨ２，・・・ＣＨ８とし、下層８チャンネルをＣＨ９，ＣＨ１０，・・・，ＣＨ１６として、説明する。
【００３２】
一般に、２２．２チャンネル音響再生空間のように、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（図１に示す収音点Ａ）に到来する各方向の音を、再生音場の対応する方向のスピーカから再生することを意図することが多い。このため、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収音することが望ましいが、前述したように、ショットガンマイクロホンのような狭指向性マイクロホンを多数設置するのは有効ではない。
【００３３】
（収音装置）
そこで、本実施形態では、収音空間内の収音点を中心に各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間Ｈｎによって収音空間が分割され、仕切り空間Ｈｎごとに当該仕切り空間Ｈｎの開口角以上の指向特性幅（指向性ビームの幅）を持つ広指向性で、狭帯域の主マイクロホン素子が帯域別に設置された収音装置１を利用する。例えば、図２に示す収音装置１では、半径ｒの扇状の仕切り板１００‐１，１００‐２，１００‐３で、各チャンネル方向の各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６を設け、各仕切り空間Ｈｎには、高域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＨｎと、低域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＬｎが設けられる（ｎは、１〜１６のチャンネル番号に相当する）。例えば仕切り空間Ｈ２には、高域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＨ２と、低域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＬ２が設けられる。尚、本実施形態では、仕切り板としてアクリル製のものを採用し、表面に反射音防止材を貼付したものを使用したが、後述する遮断周波数を規定できるものであれば如何なる材料を用いてもよい。以下の説明では、各仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６には、それぞれ高域用の主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６、及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１，ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６が設けられているものとする。即ち、仕切り空間Ｈｎは、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されている。各仕切り空間の開口方向は、想定する再生システムのスピーカ配置に対応した方向を向いているものとする。
【００３４】
また、高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎは、その有効感度領域を可聴範囲（２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）のうち仕切り空間Ｈｎによって定まる遮断周波数ｆｃ（例えば４ｋＨｚ）以上の帯域内とした高域用コンデンサマイクロホンとするのが好適であり、同様に、低域用の主マイクロホン素子ＭＨｎは、その有効感度領域を可聴範囲（２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）のうち当該遮断周波数ｆｃ（例えば４ｋＨｚ）以下の帯域内とした低域用コンデンサマイクロホンとするのが好適である。
【００３５】
本実施形態の収音マイクロホンシステムは、収音装置１と、この収音装置１による仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとに設置された高域用の主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６、及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１，ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６からの出力を入力し、各マイクロホン素子の出力について収音方向を検出して合成することにより、仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する収音信号処理装置１０とを備えている。
【００３６】
（収音信号処理装置）
図３に、本実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置１０のブロック図を示している。収音信号処理装置１０は、各高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎ及び各低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎ（本例では、高域用の主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１，ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６）の出力について当該仕切り空間Ｈｎ（本例では、Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６）で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域抽出を行うｎチャンネル分（本例では１６チャンネル分）のフィルタ部２０‐ｎが設けられ、各フィルタ部２０‐ｎは、各主マイクロホン素子ＭＨｎの出力成分から当該所定の周波数以上の帯域を抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０１と、各低域用の主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分から当該所定の周波数以下の帯域を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２を有している。
【００３７】
さらに、収音信号処理装置１０は、方向検出部３０と、合成部４０‐ｎとを有している。方向検出部３０は、ローパスフィルタ２０２で抽出される各低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの出力を入力して所定の収音方向ごとの出力成分を検出する。合成部４０‐ｎは、方向検出部３０から出力される各ローパスフィルタ２０２で抽出される所定の収音方向ごとの出力成分と、ハイパスフィルタ２０１で抽出した各高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎの出力成分と合成して、仕切り空間Ｈｎごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を各チャンネルの音響信号として生成して出力する。後述するように、方向検出部３０と合成部４０‐ｎは、指向性合成フィルタ処理部として機能する。
【００３８】
図４は、１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置１０の演算処理ブロック図である。ここで、仕切り空間の遮断周波数に対応する周波数ｆｃは、仕切り板を設けて形成した仕切り空間ごとに実測して求めることができる。半径ｒ＝３０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向特性及び指向係数（＝主軸方向のエネルギー／全方向のエネルギーの平均値）を、それぞれ図５及び図６に示している。例えば、図６に示すように、仕切り空間における指向係数（＝主軸方向のエネルギー／全方向のエネルギーの平均値）の周波数特性を実測により求めることができ、つまり、仕切り板で区切られた空間の遮断周波数以上の高い周波数では所定の指向性が得られる反面、遮断周波数より低い周波数では指向性が劣化することを確認できる。図６の実測した例では、ｆｃ＝４ｋＨｚ以上の周波数でなければ指向性を判別することができないことが分かり、例えば、ｆｃ＝４ｋＨｚとして設定することができる。仕切り板で構成される仕切り空間が、全方向で同じ空間形状となるように形成した場合には、各仕切り空間で求めた遮断周波数はほぼ一定となるため、対応する周波数を平均することにより、各チャンネルに対して同一構成のハイパスフィルタ２０１とローパスフィルタ２０２とすることができる。図４では、各チャンネルの高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎを入力とするハイパスフィルタ２０１の出力成分ＳＨ１,ＳＨ２，・・・，ＳＨ１６と、低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎを入力とするローパスフィルタ２０２の出力成分ＳＬ１，ＳＬ２,・・・，ＳＬ１６により収音空間に対して空間分離して受音した高域及び低域の帯域成分を抽出する例が示されている。
【００３９】
つまり、仕切り空間で収音することにより、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ１，ＳＨ２，・・・，ＳＨ１６は、仕切り板で区切られた空間の効果により、仕切り板で区切られた空間の開口に相当する空間に含まれる方向の音に対して感度が高く、それ以外の方向の音に対する感度が低くなることから、仕切り板で区切られた空間の開口で定まる指向性を有するようになる（図５参照）。
【００４０】
そこで、本実施形態では、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ１,ＳＨ２,・・・,ＳＨ１６については、高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎの出力を入力とするハイパスフィルタの出力をそのままＣＨ１，ＣＨ２,・・・,ＣＨ１６用の高域成分として用いる。一方、周波数ｆｃよりも低い帯域の成分ＳＬ１,ＳＬ２,・・・,ＳＬ１６については、低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの出力を入力とするローパスフィルタの出力を用いるが、仕切り板で区切られた空間の効果が小さく、仕切り板で区切られた空間のみの効果では指向性が現れない。そこで、ＣＨ１の出力としてＳＬ１,ＳＬ２,・・・,ＳＬ１６のすべての低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの出力成分を利用して指向性合成フィルタ処理を行う。
【００４１】
指向性合成フィルタ処理には、様々な技法があるが、１例として、Farinaによる方法（A. Farina et al, ‘A Spherical Microphone Array for Synthesizing Virtual Directive Microphones in Live Broadcasting and in Post Production’, AES 40th International Conference, 2010）を用いて説明する。チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）の所望の指向特性を、離散的な方向Ｒｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の音源からの伝達関数Ｄｉｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の集合によって表す。一方、この離散的な方向Ｒｊ（＝１,２,・・・,ｎ）の音源からの音は、各仕切り板で区切られた空間の主マイクロホン素子Ｍｋ（ｋ＝１,２,・・・,１６）における伝達関数Ｃｊｋを介して到達することになり、各主マイクロホン素子は所望チャンネルの出力ごとに、伝達関数Ｈｉｋ（ｉ＝１,２,・・・,１６、ｋ＝１,２,・・・,１６）を有する指向性合成フィルタ処理を行うことができる。したがって、チャンネルＣＨｉの出力は、すべての主マイクロホン素子の出力にフィルタ処理を施したものの合算として得られる。このとき、方向Ｒｊの音源によるＣＨｉの出力Ｓｉｊは、式（１）のように表される。
【００４２】
【数１】
2017038230.tif 000003
【００４３】
これがすべてのｉ及びｊに対して所望の伝達関数Ｄｉｊと等しくなるよう、フィルタＨｉｋを設計すればよい。すなわち、すべてのｉ及びｊに対して式（２）が満たされればよい。
【００４４】
【数２】
2017038230.tif 000004
【００４５】
ここで、Ｄｉｊは１６×Ｎ通りの組み合わせがある一方、Ｈｉｋは１６×１６通りが存在する（図４に例示する、方向検出部３０の一部として機能する伝達関数演算部３０‐１１，３０‐１２，３０‐２１，３０‐２２，３０‐１６１，３０‐１６２, ３０‐２１６, ３０‐１６１６参照）。十分な方向分解能を得るためには、一般にＮは１６以上であることが望ましいことから、未知数Ｈｉｋを求める問題は条件が未知数よりも多い状態となるため、最小二乗法によりＨｉｋを定めればよい。
【００４６】
求まったＨｉｋは、所望の指向特性を実現するためのフィルタとなる。よって、ＣＨｉの出力Ｔｉは、各主マイクロホン素子Ｍｋの出力をＵｋとするとき、式（３）で得られる。
【００４７】
【数３】
2017038230.tif 000005
【００４８】
ここで、Ｕｋは低域用マイクロホンの出力であることから、式（３）の左辺Ｔｉが低域成分用の信号ＳＬＣｉ（ｉ＝１,２，・・・，１６）として得られる（図４に例示する、方向検出部３０の一部として機能する加算部３０‐ｄ１，３０‐ｄ２，・・・, ３０‐ｄ１６の出力を参照）。
【００４９】
最後に、上記によって求められた高域成分用の信号ＳＨｉ（ｉ＝１,２，・・・，１６）と低域成分用の信号ＳＬＣｉ（ｉ＝１,２，・・・，１６）を合算して、全帯域の信号を得ることができる（図３及び図４に例示する合成部４０‐ｎの出力を参照）。
【００５０】
このように、本実施形態の収音マイクロホンシステムでは、所望方向の指向性の実現に「仕切り板」を用いて空間分離するようにし、仕切り板で区切られた空間内にそれぞれ帯域別に設けられた狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子の出力に対して所定の周波数で帯域制限を行い、当該所定の周波数以上の帯域については、主マイクロホン素子の出力成分をそのまま所望方向の成分とし、当該所定の周波数未満の帯域では所望方向以外の主マイクロホン素子の出力成分を用いて合成するようにした。このため、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音が高精度で収音可能となる。さらに、低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎを用いて帯域制限することにより雑音を軽減し、指向性合成処理による雑音の増加を低く抑えることが可能となる。
【００５１】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態の収音マイクロホンシステムについて説明する。第１実施形態の収音マイクロホンシステムのように仕切り空間ごとの主マイクロホン素子だけでは指向性の合成に十分な数とならない場合を考慮し更に改善する方式として、第２実施形態の収音マイクロホンシステムでは、複数の補助マイクロホン素子を設置する収音装置１を用いる方式とした。尚、第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付して説明する。
【００５２】
（収音装置）
本実施形態の収音装置１においても、第１実施形態と同様に、収音空間内の収音点を中心に各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り板で区切られた仕切り空間Ｈｎによって収音空間が分割され、仕切り空間Ｈｎごとに当該仕切り空間Ｈｎの開口角以上の指向特性幅（指向性ビームの幅）を持つ広指向性で、狭帯域の主マイクロホン素子が帯域別に設置されている。例えば、図７に示す収音装置１では、半径ｒの扇状の仕切り板１００‐１，１００‐２，１００‐３で、各チャンネル方向の各チャンネルの収音方向を中心軸とする仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６を設け、各仕切り空間Ｈｎには、高域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＨｎと、低域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＬｎが設けられる（ｎは、１〜１６のチャンネル番号に相当する）。例えば仕切り空間Ｈ２には、高域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＨ２と、低域用の狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子ＭＬ２が設けられる。そして、第１実施形態と同様に、本実施形態でも、仕切り板としてアクリル製のものを採用し、表面に反射音防止材を貼付したものを使用することができるが、前述した遮断周波数ｆｃを規定できるものであれば如何なる材料を用いてもよい。以下の説明では、各仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６には、それぞれ高域用の主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６、及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１，ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６が設けられているものとする。即ち、仕切り空間Ｈｎは、マルチチャンネルのチャンネル数分で、当該収音空間が分割されている。各仕切り空間の開口方向は、想定する再生システムのスピーカ配置に対応した方向を向いているものとする。ただし、図７に示すように、第２実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音装置１では、さらに、主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎとは別の場所に複数の補助マイクロホン素子Ｐｍ（以下に説明する例では、補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２,・・・Ｐ２０）が設置されている。
【００５３】
補助マイクロホン素子Ｐｍの仕切り板上への設置位置に関しては、収音空間の環境によって適宜調整する。例えば、１６チャンネル分の仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６が設けられている場合、図７に示すように、収音空間における水平面内の中間層に位置するそれぞれの仕切り板について、フロント中央側（ＦＣ側）に３個、フロント左右側（ＦＬ，ＦＲ側）に２個ずつ、バック中央側（ＢＣ側）に３個、バック左右側（ＢＬ，ＢＲ側）に２個ずつ、右サイド側（ＳｉＲ側）に３個、左サイド側（ＳｉＬ側）に３個、等間隔に配置することで、２０個の補助マイクロホン素子Ｐｍを設置することができる。尚、仕切り空間を形成するすべての仕切り板上に１つ以上の補助マイクロホン素子Ｐｍを設置するように構成してもよいし、一部の仕切り板上にのみ１つ以上の補助マイクロホン素子Ｐｍを設置するように構成してもよい。また、このような補助マイクロホン素子Ｐｍの設置は仕切り板上でなくともよい。また、図７に示す例では、仕切り板の収音方向の開口側端部にて、補助マイクロホン素子Ｐｍを設置する例を示しているが、これは、補助マイクロホン素子Ｐｍによって各仕切り空間における分離性能を高めるようにするためである。したがって、補助マイクロホン素子Ｐｍによって各仕切り空間における分離機能を保持する限り、必ずしも仕切り板の収音方向の開口側端部に設ける必要はなく、仕切り板上の任意の位置に設置穴を設けて補助マイクロホン素子Ｐｍを設置するように構成することもできる。以上の理由から、収音空間の環境によって適宜調整するのが容易となるように、補助マイクロホン素子Ｐｍの周波数特性は、狭帯域（４ＫＨｚ以下がほぼフラット）とするのが好適である。また、補助マイクロホン素子Ｐｍの指向特性に関して、当該仕切り空間Ｈｎの開口角以上の指向特性幅の広指向性のコンデンサマイクロホンを用いる場合には、当該仕切り空間Ｈｎ毎の設置数を少なくすることができるが、当該分離性能を細かく調整するためには、当該仕切り空間Ｈｎの開口角以下の指向特性幅の狭指向性のコンデンサマイクロホンを用いて、当該仕切り空間Ｈｎ毎の設置数を複数とすればよい。
【００５４】
本実施形態の収音マイクロホンシステムは、図７に示す収音装置１と、この収音装置１による仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとに設置された高域用の主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６からの出力及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１，ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６からの出力、及び、各仕切り空間を形成するための複数の仕切り板のうちの１つ以上の仕切り板上に設置された１つ以上の補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐ２０からの出力を入力し、高域用及び低域用の主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６，ＭＬ１，ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６及び補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２,・・・，Ｐ２０の各出力について収音方向を検出して合成することにより、仕切り空間Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６ごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を生成する収音信号処理装置１０とを備えている。
【００５５】
（収音信号処理装置）
図８に、本実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音信号処理装置１０のブロック図を示している。収音信号処理装置１０は、各高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎ（本例では、主マイクロホン素子ＭＨ１，ＭＨ２,・・・，ＭＨ１６及び低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１，ＭＬ２,・・・，ＭＬ１６）の出力について当該仕切り空間Ｈｎ（本例では、Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈ１６）で定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域抽出を行うｎチャンネル分（本例では１６チャンネル分）のフィルタ部２０‐ｎと、補助マイクロホン素子Ｐｍの出力について当該仕切り空間Ｈｎで定まる遮断周波数に相当する所定の周波数で帯域制限を行うｍチャンネル分（本例では２０チャンネル分）のフィルタ部２１‐ｍとが設けられている。各フィルタ部２０‐ｎ（即ち、第１フィルタ部〜第ｎフィルタ部）は、各主マイクロホン素子ＭＨｎの出力成分から当該所定の周波数以上の帯域の主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分をそれぞれの所定の収音方向の出力成分として抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０１と、各低域用の主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分から当該所定の周波数以下の帯域の主マイクロホン素子Ｍｎの出力成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２とを有している。また、各フィルタ部２１‐ｍ（即ち、第ｎ＋１フィルタ部〜第ｎ＋ｍフィルタ部）は、当該所定の周波数以下の帯域の補助マイクロホン素子Ｐｍの出力成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３を有している。
【００５６】
さらに、収音信号処理装置１０は、方向検出部３０と、合成部４０‐ｎとを有している。方向検出部３０は、ローパスフィルタ２０２，２０３で抽出される低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの出力成分及び補助マイクロホン素子Ｐｍの出力成分を入力して所定の収音方向ごとの出力成分を検出する。合成部４０‐ｎは、方向検出部３０から出力される各ローパスフィルタ２０２，２０３で抽出される所定の収音方向ごとの出力成分と、ハイパスフィルタ２０１で抽出した各高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎの出力成分と合成して、仕切り空間Ｈｎごとの広帯域及び狭指向性の収音出力を各チャンネルの音響信号として生成して出力する。第１実施形態と同様に、方向検出部３０と合成部４０‐ｎは、指向性合成フィルタ処理部として機能する。
【００５７】
図９は、第２実施形態における１６チャンネルの再生信号を収音する収音信号処理装置１０の演算処理ブロック図である。図９に示す例は、高域用の主マイクロホン素子ＭＨ１,ＭＨ２，・・・，ＭＨ１６の各出力信号を入力とするハイパスフィルタ２０１の出力成分ＳＨ１,ＳＨ２，・・・，ＳＨ１６と、低域用の主マイクロホン素子ＭＬ１,ＭＬ２，・・・，ＭＬ１６の各出力信号を入力とするローパスフィルタ２０２の出力成分ＳＬ１,ＳＬ２，・・・，ＳＨ１６と、補助マイクロホン素子Ｐ１,Ｐ２，・・・，Ｐ２０の出力信号が、ローパスフィルタ２０３によって出力成分ＳＬ１７,ＳＬ１８，・・・，ＳＬ３６として出力される例である。ここで、仕切り空間の遮断周波数に対応する周波数ｆｃは、仕切り板を設けて形成した仕切り空間ごとに実測して求めることができる。第１実施形態と同様に、半径ｒ＝３０ｃｍの仕切り板で１６分割された仕切り空間で主マイクロホン素子の出力を実測した周波数別の指向特性及び指向係数（＝主軸方向のエネルギー／全方向のエネルギーの平均値）の周波数特性を実測により求めることができ、つまり、仕切り板で区切られた空間の遮断周波数以上の高い周波数では所定の指向性が得られる反面、遮断周波数より低い周波数では指向性が劣化することを確認できる。例えば、ｆｃ＝４ｋＨｚ以上の周波数でなければ指向性を判別することができないときに、仕切り空間の遮断周波数に対応する周波数ｆｃ＝４ｋＨｚとして設定することができる。仕切り板で構成される仕切り空間が、全方向で同じ空間形状となるように形成した場合には、各仕切り空間で求めた遮断周波数はほぼ一定となるため、対応する周波数を平均することにより、各チャンネルに対して同一構成のハイパスフィルタ２０１、ローパスフィルタ２０２及びローパスフィルタ２０３とすることができる。
【００５８】
つまり、本実施形態においても、仕切り空間で収音することにより、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ１，ＳＨ２，・・・，ＳＨ１６は、仕切り板で区切られた空間の効果により、仕切り板で区切られた空間の開口に相当する空間に含まれる方向の音に対して感度が高く、それ以外の方向の音に対する感度が低くなることから、仕切り板で区切られた空間の開口で定まる指向性を有するようになる。
【００５９】
さらに、本実施形態では、周波数ｆｃよりも高い帯域の成分ＳＨ１,ＳＨ２，・・・，ＳＨ１６については、そのままＣＨ１，ＣＨ２，・・・，ＣＨ１６用の高域成分として用いる。一方、周波数ｆｃよりも低い帯域の成分ＳＬ１,ＳＬ２，・・・，ＳＬ１６については、仕切り板で区切られた空間の効果が小さく、仕切り板で区切られた空間のみの効果では指向性が現れない。そこで、ＣＨ１の出力としてＳＬ１,ＳＬ２，・・・，ＳＬ１６のすべての低域用の主マイクロホン素子の出力成分に加え、ＳＬ１７,ＳＬ１８，・・・，ＳＬ３６のすべての補助マイクロホン素子の出力成分を利用して指向性合成フィルタ処理を行う。
【００６０】
指向性合成フィルタ処理には、様々な技法があるが、第１実施形態のときと同様に、１例として、Farinaによる方法（A. Farina et al, ‘A Spherical Microphone Array for Synthesizing Virtual Directive Microphones in Live Broadcasting and in Post Production’, AES 40th International Conference, 2010）を用いて説明する。チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）の所望の指向特性を、離散的な方向Ｒｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の音源からの伝達関数Ｄｉｊ（ｊ＝１,２,・・・,Ｎ）の集合によって表す。一方、この離散的な方向Ｒｊ（＝１,２,・・・,ｎ）の音源からの音は、各仕切り板で区切られた空間の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子からなるｋ個（ｋ＝１,２,・・・,３６）のマイクロホン素子における伝達関数Ｃｊｋを介して到達することになり、ｋ個のマイクロホン素子の各々は所望チャンネルの出力ごとに、伝達関数Ｈｉｋ（ｉ＝１,２,・・・,１６、ｋ＝１,２,・・・,３６）を有する指向性合成フィルタ処理を行うことができる。したがって、チャンネルＣＨｉの出力は、すべての主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の出力にフィルタ処理を施したものの合算として得られる。このとき、方向Ｒｊの音源によるＣＨｉの出力Ｓｉｊは、第１実施形態で説明したように、式（１）で表すことができる。
【００６１】
これがすべてのｉ及びｊに対して所望の伝達関数Ｄｉｊと等しくなるよう、フィルタＨｉｋを設計すればよい。すなわち、すべてのｉ及びｊに対して式（２）が満たされればよい。
【００６２】
ここで、Ｄｉｊは式（２）において１６×Ｎ通りの組み合わせがある一方、Ｈｉｋは１６×３６通りが存在する（図９に例示する、方向検出部３０の一部として機能する伝達関数演算部３０‐１１，３０‐１２，３０‐２１，３０‐２２，３０‐１６１，３０‐１６２, ３０‐２１６, ３０‐１６１６, ３０‐１６１７,・・・,３０‐１６３６参照）。十分な方向分解能を得るためには、一般にＮは多い数に設定した方が望ましいが、第１実施形態のような主マイクロホン素子のみでは劣決定問題となり、好ましい結果が得られない場合が考えられる。一方、この第２実施形態のように、補助マイクロホン素子Ｐｍを用いることで、Ｎ通りとする数が主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の数の合計を超えない限り、劣決定問題となることはない。尚、Ｎがさらに多い場合は、劣決定問題として、最小二乗法によりＨｉｋを定めればよい。
【００６３】
求まったＨｉｋは、所望の指向特性を実現するためのフィルタとなる。よって、ＣＨｉの出力Ｔｉは、各主マイクロホン素子Ｍｋの出力をＵｋとするとき、第１実施形態のときと同様に、式（３）で得られる。
【００６４】
即ち、Ｕｋは低域用マイクロホンの出力であることから、式（３）の左辺Ｔｉが低域成分用の信号ＳＬＣｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）として得られる（図９に例示する、方向検出部３０の一部として機能する加算部３０‐ｄ１，３０‐ｄ２，・・・, ３０‐ｄ１６の出力を参照）。
【００６５】
最後に、上記によって求められた高域成分用の信号ＳＨｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）と低域成分用の信号ＳＬＣｉ（ｉ＝１,２,・・・,１６）を合算して、全帯域の信号を得ることができる（図８及び図９に例示する合成部４０‐ｎの出力を参照）。
【００６６】
このように、本実施形態の収音マイクロホンシステムでは、所望方向の指向性の実現に「仕切り板」を用いて空間分離するようにし、仕切り板で区切られた空間内にそれぞれ帯域別に設けられた狭帯域及び広指向性の主マイクロホン素子の出力に対して所定の周波数で帯域制限を行い、当該所定の周波数以上の帯域については、主マイクロホン素子の出力成分をそのまま所望方向の成分とし、当該所定の周波数未満の帯域では所望方向以外の主マイクロホン素子及び補助マイクロホン素子の各出力成分を用いて合成するようにした。このため、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音が高精度で収音可能とするとともに、収音性能を改善し、効率よく指向性合成を行うことができる。特に、スピーカを３次元的に配置する音響システムにおいて、指向性合成による信号処理によるＳ／Ｎ比の劣化を伴わずに、広い周波数帯域でほぼ一定の空間分割した指向性を得ることが可能となる。
【００６７】
ここで、図１０を参照して、収音装置１に関して、広帯域及び広指向性のマイクロホン素子を主マイクロホン素子として用いるのではなく、狭帯域及び広指向性のマイクロホン素子を主マイクロホン素子として、仕切り板の大きさで定まる遮断周波数を境に、周波数帯域別に設置することで、Ｓ／Ｎ比の劣化を避けて収音性能を改善し、効率よく指向性合成を行うことができる点について補足説明する。
【００６８】
図１０は、広帯域コンデンサマイクロホンの周波数対感度特性と、高域用コンデンサマイクロホン及び低域用コンデンサマイクロホンの周波数対感度特性とを概念的に比較する図である。一般に主マイクロホン素子として利用するコンデンサマイクロホンの感度は、使用する上限周波数とトレードオフの関係にあり、或る特定の周波数を周波数特性の上限とするマイクロホン素子を用いれば、極めて感度が高く、相対的に雑音の低いマイクロホン素子を実現することができる。例えば、図１０に示すように、一般的に、広帯域コンデンサマイクロホンの周波数対感度特性では、その広帯域が故に高域と低域とで差が生じ、このため感度ムラもある程度生じるが、高域用コンデンサマイクロホン及び低域用コンデンサマイクロホンの周波数対感度特性では、それぞれ有効感度帯域を狭めている。ここで、有効感度帯域とは、可聴範囲内の上限の感度値から３ｄＢ以内の感度ムラの範囲を云う。即ち、高域用コンデンサマイクロホン及び低域用コンデンサマイクロホンは、それぞれの有効感度帯域内で、よりフラットな感度とするのが容易であり、かつ広帯域コンデンサマイクロホンよりも相対的に感度も高めることができるため、帯域別の主マイクロホン素子とすることで、全帯域で相対的に雑音の低い収音装置１を実現することができる。
【００６９】
また、上述した第１及び第２実施形態の例では、１つの仕切り空間Ｈｎに１つずつ、高域用及び低域用のマイクロホン素子を設ける例を説明したが、収音装置１の大型化が許容される限りにおいて、高域用及び低域用のマイクロホン素子を１つの仕切り空間Ｈｎにそれぞれ複数設けて、Ｓ／Ｎ比を更に向上させることも可能である。
【００７０】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態の収音マイクロホンシステムについて説明する。第３実施形態の収音マイクロホンシステムでは、仕切り板を用いることなく、複数の狭帯域及び狭指向性の主マイクロホン素子と複数の補助マイクロホン素子を設置する収音装置１ａを用いる方式とした例である。尚、第１及び第２実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付して説明する。
【００７１】
（収音装置）
本実施形態の収音装置１ａは、収音空間内の収音点を中心に各チャンネルの収音方向を中心軸とする予め区切られた仕切り角（各仕切り角は、例えば４５°）によって収音空間が分割され、仕切り角ごとに当該仕切り角以内の指向特性幅（指向性ビームの幅）を持つ狭指向性で狭帯域の主マイクロホン素子が帯域別に設置されている。
【００７２】
例えば、図１１（ａ）に示す収音装置１では、半径ｒの基台５０上に、各チャンネル方向の各チャンネルの収音方向を中心軸とする指向範囲を仕切り角として定めて収音空間を分割し、各仕切り角Ｃｎ（ｎは、１〜１６のチャンネル番号に相当）には、高域用の狭帯域及び狭指向性の主マイクロホン素子ＭＨｎと、低域用の狭帯域及び狭指向性の主マイクロホン素子ＭＬｎが複数設けられる（本例では、１つの仕切り角Ｃｎ内に４つずつ高域用及び低域用の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎが設けられている）。このように、本実施形態の収音装置１は、仕切り角ごとに所定の収音方向を主軸に持ち当該仕切り角以内の指向特性幅を持つ狭指向性の高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎ及び所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性の低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎがそれぞれ複数設置されている。そして、図１１（ａ）に示すように、第３実施形態の収音マイクロホンシステムにおける収音装置１ａでは、さらに、主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎとは別の場所に複数の補助マイクロホン素子Ｐｍ（例えば、補助マイクロホン素子Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐ８）が設置されている。補助マイクロホン素子Ｐｍの設置数や設置位置は、第２実施形態と同様に、収音空間の環境によって適宜調整する。尚、第１実施形態のように補助マイクロホン素子Ｐｍを設けない構成としてもよいが、前述した第２実施形態で説明したように、主マイクロホン素子だけでは指向性の合成に十分な数とならない場合を考慮し更に改善するには、補助マイクロホン素子Ｐｍを設けるのが好適である。
【００７３】
前述した第１及び第２実施形態の例では、仕切り板によって形成される仕切り空間で定まる遮断周波数ｆｃを基に「狭帯域及び広指向性」の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎを設けることで、収音空間の全体域で広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音を高効率で収音するよう構成していた。
【００７４】
一方、本実施形態では、その好適例として、仕切り板を利用せず、仕切り角Ｃｎ（これは、第１及び第２実施形態の仕切り空間の開口角に対応する）を定め、仕切り角Ｃｎ以内の指向特性幅（指向性ビームの幅）を持つ図１１（ｂ）に例示するような狭指向性の狭帯域の高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎと、図１１（ｂ）に例示する特性よりは広い指向性を有する低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎを複数設けることで実現される。ここで、低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの指向特性を高域用の主マイクロホン素子ＭＨｎと同一にすることも可能であるが、所定の収音方向を主軸に持つ狭指向性を持つ限りにおいて、低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの指向特性は高域用と比して相対的により広い指向性であり、指向性合成が一般に必要となる。このとき、低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎを別に設け、その帯域が狭いことを利用してマイクロホン素子としてＳ／Ｎ比が高いものを用いれば、指向性合成によりＳ／Ｎ比を改善することができる。本実施形態において、特定の周波数（これは、第１及び第２実施形態の遮断周波数ｆｃに相当する）を境に区別して設けられる「狭帯域及び狭指向性」の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎの設置数は、各仕切り角Ｃｎ内で不感域を極力低減するよう複数設けるのが好適である。そして、「狭帯域及び狭指向性」の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎの設置位置は、各主マイクロホン素子の指向特性幅が当該設置する仕切り角Ｃｎ以内の分布になるよう設置する。したがって、或る仕切り角Ｃｎ内の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎの指向特性幅（指向性ビームの幅）が、隣接する仕切り角内の主マイクロホン素子ＭＨｎ，ＭＬｎのものと重ならないように設定される。ただし、仕切り角Ｃｎ内の複数の主マイクロホン素子の指向特性幅は重複してもよく、その重複量に相当する分だけ各主マイクロホン素子の出力を相対比率で合成処理することでほぼ仕切り角Ｃｎ毎の各主マイクロホン素子の出力を抽出することができる。そして、本実施形態では、低域のＳ／Ｎ比の劣化も、複数の低域用の主マイクロホン素子ＭＬｎの設置により補うことができる。
【００７５】
（収音信号処理装置）
図１１（ａ）に示すように構成した収音装置１ａからの出力は、図８に示す第２実施形態の収音信号処理装置１０を応用して実現することができる。例えば、仕切り角Ｃｎ毎の複数の主マイクロホン素子ＭＨｎの出力をそれぞれのフィルタ部２０‐ｎを経て合成するよう合成部４０‐ｎを構成するか、又はフィルタ部２０‐ｎに入力する前に合成したものをフィルタ部２０‐ｎに入力するよう構成すればよい。低域用の複数の主マイクロホン素子ＭＬｎの出力についても同様に、仕切り角Ｃｎ毎のフィルタ部２０‐ｎと方向検出部３０を経て合成するよう合成部４０‐ｎを構成するか、又はフィルタ部２０‐ｎに入力する前に合成したものをフィルタ部２０‐ｎに入力するよう構成すればよい。そして、補助マイクロホン素子Ｐｍの出力も、第２実施形態と同様にフィルタ部２１‐ｍを経て方向検出部３０に入力することで、主マイクロホン素子における指向性の合成処理を補助することができる。
【００７６】
このように、本実施形態の収音マイクロホンシステム及びその収音装置１ａとして、仕切り板を用いることなく、狭帯域及び狭指向性の主マイクロホン素子を特定の周波数を境に、周波数帯域別に複数設ける構成とした場合、その仕切り角で不感域を極力低減するよう補う程度に主マイクロホン素子の個数を増大させることになるが複数設ける構成とすることで、上記Ｓ／Ｎ比の劣化を避けて収音性能を改善し、効率よく指向性合成を行うことが可能となる。
【００７７】
以上、特定の実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態の例では、主に、遮断周波数ｆｃを１つとして仕切り空間Ｈｎを定める例を説明したが、異なる遮断周波数を有する仕切り空間の組み合わせで、収音装置を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、広帯域及び狭指向性でマルチチャンネルの再生音を高効率で収音することができるので、マルチチャンネルの再生音を収音する任意の用途に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１ａ  収音装置
１０  収音信号処理装置
ＭＨｎ  高域用の主マイクロホン素子
ＭＬｎ  低域用の主マイクロホン素子
Ｐｍ  補助マイクロホン素子
Ｈｎ  仕切り空間
Ｃｎ  仕切り角
２０‐ｎ  フィルタ部
２１‐ｍ  フィルタ部
３０  方向検出部
３０‐１１，３０‐１２，３０‐２１，３０‐２２  伝達関数演算部
３０‐１６１，３０‐１６２, ３０‐２１６, ３０‐１６１６  伝達関数演算部
３０‐１１７，３０‐２１７, ３０‐１６１７  伝達関数演算部
３０‐１３６，３０‐２３６, ３０‐１６３６  伝達関数演算部
３０‐ｄ１，３０‐ｄ２，・・・, ３０‐ｄ１６  加算部
４０‐ｎ  合成部
１００‐１，１００‐２，１００‐３  仕切り板
２０１  ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２０２  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２０３  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
【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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