指向性控制方法及裝置製造方法

2023-04-25 08:31:26 2

指向性控制方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種指向性控制方法及裝置，該指向性控制方法及裝置可以使用接近配置的兩個傳聲器(microphone)，將從任意方向傳來的聲音以少的運算量強調或壓制後輸出。利用交換電路(2)對每1樣本交替地更換一對輸入信號(InL)及(InR)，由此生成一對交換信號(InA)及(InB)，並利用係數更新電路(3)，對交換信號的一個(InB)乘上係數m之後，生成交換信號(InA)與(InB)的誤差信號，運算包含誤差信號的係數m的遞推公式，對每1樣本更新係數m。然後，將一對輸入信號(InL)及(InR)乘以逐次更新的係數m後輸出。
【專利說明】指向性控制方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種拾音裝置，該拾音裝置使用接近配置的兩個傳聲器 (microphone)，對任意方向賦予指向性而輸出聲音。

【背景技術】
[0002] 聲首錄首時，為了有效地收集目標聲首，必須抑制雜首等目標聲首周圍的聲首的 輸入。為了收集任意方向的聲音，可以通過使用指向性傳聲器而清晰地收集目標聲音。 而且，還可以通過將間隔形成得較寬的立體聲錄音（stereophonic recording)等而制 造出身臨其境之感。多次提出如下方法：在集成電路（Integrated Circuit, 1C)錄音機 (recorder)中，對兩個傳聲器的輸入信號進行處理，強調任意方向的聲音或者壓制除此以 外的方向的聲音而拾音。
[0003] 例如，在專利文獻1的發明中，判斷根據接近配置的兩個傳聲器的輸入信號所輸 入的聲音是否位於目標方向上，修正兩個輸入信號的相位差的差分，強調存在於目標方向 上的聲音。而且，在專利文獻2的發明中，使兩個輸入信號彼此相互參考，並利用所獲得的 信號逐次更新濾波器（filter)。如果將此應用於從兩個傳聲器輸入的信號，那麼便可以抽取 並強調同相的聲音。也就是說，可以強調來自規定方向的聲音，而賦予指向性。

【背景技術】 [0004] 文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本專利特表2009-135593號公報
[0007] 專利文獻2 :日本專利特開2009-027388號公報


【發明內容】

[0008][發明要解決的課題]
[0009] 但是，為了響應根據情況而想要輕鬆愉快地進行錄音的要求，1C錄音機也正在推 進小型化。在1C錄音機小型化至可以攜帶的情況下，為用於立體聲錄音而配備的兩個傳聲 器接近配置。這樣一來，所述兩個傳聲器的距離短，因此，拾音時的相位差變得非常小，根據 指向性方向與聲源的位置關係進行的強調與壓制、以及左右存在分離感的拾音均變得難以 進行。此傾向在具有相對於兩個傳聲器的間隔為幾十倍以上的長波長的低頻波長中顯著。
[0010] 而且，專利文獻1的發明以獲取相位差的差分為前提，因此，必須設定固定間隔以 上的間隔而配置傳聲器。即使可以應用於低頻波長，也需要多個延遲器或長濾波器係數 (filter coefficient)，運算處理也變得煩雜。
[0011] 專利文獻2的發明是：只要為立體聲聲源，便可以充分賦予指向性，但像1C錄音機 這樣兩個傳聲器接近配置的情況下，各輸入聲音的相位差變少，因此，不具有能夠獲取其差 分的程度的靈敏度。而且，因為根據運算結果逐次更新濾波器，所以，濾波器長度變長，且運 算處理加重。
[0012] 本申請的發明是為了解決如上所述的【背景技術】的問題點而完成的，其目的在於提 供一種指向性控制方法及裝置，該指向性控制方法及裝置可以使用接近配置的兩個傳聲 器，將從任意方向傳來的聲音以少的運算量強調或壓制後輸出。
[0013] [解決課題的手段]
[0014] 為了達成所述目的，實施方式的指向性控制方法是對從一對傳聲器輸入的一對輸 入信號賦予與其相位差對應的強弱，其特徵在於包括如下步驟：第一步驟，利用交換電路對 每1樣本（sample)交替地更換所述一對輸入信號，由此生成一對交換信號；第二步驟，對所 述交換信號的一個乘上係數m之後，生成所述交換信號的誤差信號；第三步驟，運算包含所 述誤差信號的係數m的遞推公式（recurrence formula)而對每1樣本更新係數m ;以及第 四步驟，將所述一對輸入信號乘以逐次更新的係數m後輸出。
[0015] 也可以是，在所述第二步驟及第三步驟中，通過如下方式對每1樣本更新所述系 數m :使所述交換信號的一個通過設定在1樣本前算出的過去的係數m的-1倍的第一積算 器，經過所述第一積算器之後，使其通過將所述一對交換信號相加的第一加法器，經過第一 加法器之後，使其通過設定常數μ的第二積算器，經過所述第二積算器之後，使其通過設 定乘以所述過去的係數m之前的所述一個交換信號的第三積算器，經過所述第三積算器之 後，使其通過設定在1樣本前算出的過去的係數m的第二加法器。
[0016] 也可以是，所述第三步驟包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第 五步驟，運算參考第五步驟獲得的相乘結果的所述遞推公式，所述常數β小於1，且小於固 定電平（level)的所述輸入信號連續時，經過第三步驟後的輸出信號逐步衰減。
[0017] 也可以是，所述第三步驟包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第 五步驟，運算參考第五步驟獲得的相乘結果的所述遞推公式，所述常數β小於1，且經過第 三步驟，將強弱強調至所述輸入信號的相位差以上。
[0018] 也可以預先對輸入信號分割頻帶，按頻帶進行所述各步驟。
[0019] [發明的效果]
[0020] 根據本發明，可以一邊利用交換電路與運算遞推公式的一個電路大幅度削減運算 數，一邊高精度地強調從一對傳聲器的中心位置傳來的聲音信號，並高精度地壓制從角度 自中心位置偏移的方向傳來的聲音信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是表示指向性控制裝置的構成的框圖。
[0022] 圖2是表示係數更新電路的一例的框圖。
[0023] 圖3是表示係數m (k)的收斂例的曲線圖。
[0024] 圖4是表示變更常數β的情況下係數m(k)的收斂形式的曲線圖。
[0025] 圖5是表示與交換電路的有無對應的係數m(k)的收斂速度的曲線圖。
[0026] 圖6是表示其他實施方式的指向性控制裝置的構成的框圖。

【具體實施方式】
[0027] 以下，一邊參照附圖，一邊對本發明的指向性控制方法及裝置的實施方式詳細地 進行說明。
[0028] (構成）
[0029] 圖1是表示指向性控制裝置的構成的框圖。指向性控制裝置連接於具有規定相 隔距離的一對傳聲器L、R，如圖1所不，從傳聲器L、R輸入輸入信號InL(k)與輸入信號 InR(k)。
[0030] 輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)是由模數（analog to digital, AD)轉換器 採樣（sampling)的離散值。也就是說，輸入信號InL(k)是從傳聲器L輸出且第k個被採 樣的數位訊號（digital signal)。輸入信號InR(k)是從傳聲器R輸出且第k個被採樣的 數位訊號。
[0031] 輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)在指向性控制裝置中經過特性修正電路1後 被輸入至交換電路2。特性修正電路1包含頻率特性修正濾波器與相位特性修正電路。頻 率特性修正濾波器抽取所需頻段的聲音信號。相位特性修正電路使傳聲器L、R的聲響特性 對輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)造成的影響減少。
[0032] 交換電路2是每隔1樣本交替地更換並輸出輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)。 也就是說，交換信號InA(k)及交換信號InB(k)的數據列（data column)是在k = 1、2、3、 4…時成為如下。
[0033] InA(k) = {InL(l) InR(2) InL(3) InR(4) - }
[0034] InB(k) = {InR(l) InL(2) InR(3) InL(4) - }
[0035] 交換信號InA (k)及交換信號InB (k)被輸入至係數更新電路3。該係數更新電路 3計算交換信號InA(k)與交換信號InB(k)的誤差，決定與誤差對應的係數m(k)。而且，系 數更新電路3參考過去的係數m(k-l)而逐次更新係數m(k)。
[0036] 將同時到達的交換信號InA(k)與交換信號InB(k)的誤差信號e(k)定義為如下 式⑴般。
[0037] e (k) = InB(k)-m(k-l) X InA(k) ··· (1)
[0038] 該係數更新電路3是將誤差信號e(k)設為係數m(k-l)的函數，通過運算包含 誤差信號e(k)的係數m(k)的鄰接二項間遞推公式，找出誤差信號e(k)成為最小的係數 m(k)。係數更新電路3是通過該運算處理，朝輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)越是產 生相位差越是使係數m(k)減少的方向更新係數m(k)，若為同相，則使係數m(k)接近1而輸 出。
[0039] 係數m(k)被輸入至合成電路4。合成電路4是對輸入信號InL(k)與輸入信號 InR(k)以任意的比率乘上係數m(k)，並以任意的比率相加，結果為，將輸出信號OutL(k)與 信號OutR(k)輸出。
[0040] 圖2是表示係數更新電路3的一例的框圖。如圖2所示，係數更新電路3是包含 多個積算器與加法器且體現鄰接二項間遞推公式的電路，參考過去的係數m(k-l)而逐步 更新係數m(k)。具有長分接頭（tap)數的適應性濾波器除外。
[0041] 在該係數更新電路3中，將交換信號InB(k)用作參考信號而生成誤差信號e(k)。 也就是說，交換信號InA (k)被輸入至積算器5。積算器5對交換信號InA (k)乘上1樣本前 的係數m(k-l)的-1倍。在積算器5的輸出側連接著加法器6。對該加法器6輸入從積算 器5輸出的信號與交換信號InB (k)，通過將這些信號相加，而獲得瞬時誤差信號e (k)。通 過該運算處理獲得的誤差信號e(k)如下式（2)所示。
[0042] e (k) = -m (k~l) X InA (k) +InB (k) ··· (2)
[0043] 誤差信號e(k)被輸入至將輸入信號μ倍化的積算器7。係數μ是小於1的步 長參數（step size parameter)。在積算器7的輸出側連接著積算器8。對積算器8輸入 交換信號InA(k)與經過積算器後的信號ye(k)。該積算器8將交換信號InA(k)與信號 ue(k)相乘，獲得由下式⑶表示的瞬時平方誤差的微分信號汗（m)
[0044] 0E (m) 2/3ιιι=μχ6 (k) xlnA (k) ·** (3)
[0045] 在積算器8連接著加法器9。加法器9通過運算以下的數式（4)而完成係數m(k)， 對利用輸入信號InL(k)與InR(k)生成輸出信號OutL(k)與OutlnR(k)的合成電路4設定 係數m(k)。
[0046] m (k) =m (k-1) χβ+SE (m) 2/9m…（4)
[0047] 也就是說，加法器9通過對微分信號(m) 2/3m加上信號β · m(k-l)而完成 係數m(k)。
[0048] 在加法器9的輸出側連接著使信號延遲1樣本量的延遲器10與積算常數β的積 算器11，通過利用積算器11對通過1樣本前的信號處理而更新的係數m(k-l)乘上常數β 而生成信號β ·πι(1?-1)。
[0049] 由此，在係數更新電路3中，以下的遞推公式（5)的運算處理實現，生成係數m(k)， 每次採樣時逐步更新。
[0050] m (k) = m (k~l) X β + (-m (k-1) X InA (k) +InB (k)) X μ X InA (k) ··· (5)
[0051] (作用）
[0052] 像這樣，在指向性控制裝置中，將輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)輸入時，生 成並輸出由下式（6)及（7)表不的輸出信號OutL(k)及輸出信號OutlnR(k)。
[0053] OutL(k) = m(k) X InL(k)…（6)
[0054] 0utR(k) = m(k) X InR(k)…（7)
[0055] 此處，將係數m(k)的收斂例示於圖3。圖3是將橫軸設為採樣數，將縱軸設為系 數m(k)，表示預先將係數m(0)設定為零的情況下的係數m(k)的收斂形式。傳聲器L、R的 間隔設為25mm。圖3是輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)的頻率為1000Hz且相位差 為〇的情況（曲線A)、輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)的頻率為1000Hz且相位差為 10. 00°的情況（曲線B)、及輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)的頻率為1000Hz且相位 差為26. 47°的情況（曲線C)。另外，常數β為1. 000。
[0056] 如圖3所示，相位差為0的情況下的係數m(k)朝向1收斂。另一方面，相位差為 10.00°的情況下的係數m(k)朝向0.91收斂，相位差為26. 47°的情況下的係數m(k)朝向 0. 66收斂。
[0057] 可知，像這樣，輸出信號0utL(k)與信號OutlnR(k)經過指向性控制裝置而以與相 位差對應的係數m(k)被強調或壓制。換句話說，聲源越是靠近傳聲器L、R的中心位置，輸 入信號InL(k)與輸入信號InR(k)越是被強調。另一方面，聲源越是遠離傳聲器L、R的中 心位置，輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)越是被壓制。所謂中心位置，是指存在於通過 將傳聲器L、R連結的線段的中點的相對於該線段的垂線上的位置。
[0058] 而且，將變更常數β的情況下的係數m(k)的收斂形式示於圖4。在圖4中示出 設為β = 1.000而求出係數m(k)的情況（曲線D)、及設為β = 0.999而求出係數m(k) 的情況（曲線E)。如圖4所示，關於相位差為26. 47°的信號，β = 1.000的情況下，係數 m(k)收斂成0. 96，β = 0. 999的情況下，係數m(k)收斂成0. 8。
[0059] 可知，通過像這樣將係數β變更為小於1，可以對係數m(k)賦予輸入信號InL(k) 與輸入信號InR(k)的相位差以上的強弱。例如，具有比傳聲器L、R的接近距離長的波長的 聲音的輸入信號InL(k)與輸入信號InR(k)的相位差較小。但是，即使為這種聲音，通過變 更係數β，基於係數m(k)的強調或壓制也變得明了。
[0060] 接下來，對交換電路的意義進行說明。經過交換電路，係數更新電路交替地運算以 下的數式（8)。
[0061] k為奇數時
[0062] m (k) = m (k~l) X β + (-m (k~l) X InL (k) 2+InL (k) X InR (k)) X μ
[0063] k為偶數時
[0064] m(k) = m(k_l) X β+(-m(k_l) X InR(k)2+InR(k) X InL(k)) X μ
[0065] ... (8)
[0066] 在數式⑶中，信號的平方項是以隨時間經過使白噪聲（white noise)等無關成 分變小的方式發揮作用。另一方面，其鄰接項與逐次算出相關係數的以下的數式（9)的分 子部分同等，使相關成分的影響反映到係數m。
[0067]

【權利要求】
1. 一種指向性控制方法，對從一對傳聲器輸入的一對輸入信號賦予與其相位差對應的 強弱，其特徵在於包括如下步驟： 第一步驟，利用交換電路對每1樣本交替地更換所述一對輸入信號，由此生成一對交 換信號； 第二步驟，對所述交換信號的一個乘上係數m之後，生成所述交換信號的誤差信號； 第三步驟，運算包括所述誤差信號的係數m的遞推公式而對每1樣本更新係數m ;以及 第四步驟，將所述一對輸入信號乘以逐次更新的係數m後輸出。
2. 根據權利要求1所述的指向性控制方法，其特徵在於：所述第三步驟是： 包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第五步驟，運算參考所述第五步 驟獲得的相乘結果的所述遞推公式， 所述常數β小於1，且小於固定電平的所述輸入信號連續時，經過所述第三步驟後的 輸出信號逐步衰減。
3. 根據權利要求1所述的指向性控制方法，其特徵在於：所述第三步驟是： 包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第五步驟，運算參考所述第五步 驟獲得的相乘結果的所述遞推公式， 所述常數β小於1，且經過所述第三步驟，將強弱強調至所述輸入信號的相位差以上。
4. 根據權利要求1所述的指向性控制方法，其特徵在於：在所述第二步驟及第三步驟 中， 通過如下方式對每1樣本更新所述係數m : 使所述交換信號的一個通過設定在1樣本前算出的過去的係數m的-1倍的第一積算 器， 經過所述第一積算器之後，使其通過將所述一對交換信號相加的第一加法器， 經過所述第一加法器之後，使其通過設定常數μ的第二積算器， 經過所述第二積算器之後，使其通過設定乘以所述過去的係數m之前的所述一個交換 信號的第三積算器， 經過所述第三積算器之後，使其通過設定在1樣本前算出的過去的係數m的第二加法 器。
5. 根據權利要求4所述的指向性控制方法，其特徵在於：在所述第三步驟中， 預先設置對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第四積算器，並預先對所述 第二加法器設定經過第四加法器後的過去的係數m， 所述常數β小於1，且經過所述第三步驟，將所述強弱強調至所述輸入信號的瞬時值 的比以上。
6. 根據權利要求4所述的指向性控制方法，其特徵在於：在所述第三步驟中， 預先設置對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第四積算器，並預先對所述 第二加法器設定經過第四加法器後的過去的係數m， 所述常數β小於1，且經過所述第三步驟，將強弱強調至所述輸入信號的相位差以上。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的指向性控制方法，其特徵在於：預先對輸入信 號分割頻帶，按頻帶進行所述各步驟。
8. -種指向性控制裝置，對從一對傳聲器輸入的一對輸入信號賦予與其相位差對應的 強弱，其特徵在於包括： 交換部，通過對每1樣本交替地更換所述一對輸入信號,生成一對交換信號； 誤差信號生成部，對所述交換信號的一個乘上係數m之後，生成所述交換信號的誤差 信號； 遞推公式運算部，運算包括所述誤差信號的係數m的遞推公式而對每1樣本更新係數 m ;以及 積算部，將所述一對輸入信號乘以逐次更新的係數m後輸出。
9. 根據權利要求8所述的指向性控制裝置，其特徵在於：所述遞推公式運算電路是： 包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的靜噪部， 參考所述靜噪部的相乘結果而運算所述遞推公式， 所述常數β小於1，且小於固定電平的所述輸入信號連續時，經過所述遞推公式運算 部後的輸出信號逐步衰減。
10. 根據權利要求8所述的指向性控制裝置，其特徵在於：所述遞推公式運算電路是： 包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的強調處理部， 參考所述強調處理部的相乘結果而運算所述遞推公式， 所述常數β小於1，且對經過所述遞推公式運算部後的輸出信號賦予所述輸入信號的 相位差以上的強弱。
11. 根據權利要求8所述的指向性控制裝置，其特徵在於：所述誤差信號生成部包括： 第一積算器，設定在1樣本前算出的過去的係數m的-1倍，使所述交換信號的一個通 過；以及 第一加法器，經過所述第一積算器之後，將所述一對交換信號相加； 所述遞推公式運算電路包括： 第二積算器，設定常數μ，使經過所述第一加法器後的信號通過； 第三積算器，設定乘以所述過去的係數m之前的所述一個交換信號，使經過所述第二 積算器後的信號通過；以及 第二加法器，設定在1樣本前算出的過去的係數m，使經過所述第三積算器後的信號通 過； 該指向性控制裝置對每1樣本更新所述係數m。
12. 根據權利要求11所述的指向性控制裝置，其特徵在於：所述遞推公式運算電路 是： 還包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第四積算器， 對所述第二加法器設定經過第四加法器後的過去的係數m， 所述常數β小於1，且經過所述遞推公式運算電路，將強弱強調至所述輸入信號的相 位差以上。
13. 根據權利要求11所述的指向性控制裝置，其特徵在於：所述遞推公式運算電路 是： 還包括對在1樣本前算出的過去的係數m乘上常數β的第四積算器， 對所述第二加法器設定經過第四加法器後的過去的係數m， 所述常數β小於1，且經過所述遞推公式運算電路，將強弱強調至所述輸入信號的相 位差以上。
14.根據權利要求8至13中任一項所述的指向性控制方法，其特徵在於： 還包括預先對輸入信號分割頻帶的分割部， 按頻帶生成所述交換信號，生成所述誤差信號，更新所述係數m，以及，進行將所述一對 輸入信號乘以所述係數m的輸出。
【文檔編號】H04R3/00GK104067632SQ201280067985
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年1月27日 優先權日:2012年1月27日
【發明者】後藤晃, 村山好孝 申請人:共榮工程株式會社