CN1146846A - 传声装置 - Google Patents

Abstract

传声装置备有沿与各传声元件的定向性主轴正交的方向且相隔规定的距离配置的至少3个传声元件；以及对来自上述各传声元件的输出信号进行加法运算的加法装置。这里，各传声元件分别由单一定向性传声元件构成，同时，集音面相对于声源朝向同一方向，且以大致等间隔配置。该传声装置能实现声音识别装置的输入装置在中音区所要求的敏锐的定向性，能以高灵敏度收集来自正面的声音输入，而极少收集来自侧面的噪声分量。

Description

传声装置

技术领域

本发明涉及提高声源的定向性的传声装置，更详细地说，涉及利用声音进行各种指令信号输入的用于汽车导向***或计算机等中的声音识别装置的声音输入装置用的传声装置。

背景技术

通常，为了将从声源发出的声音集中起来用的传声装置，根据使用目的的不同而有各种定向性要求。

因此，在现有的传声装置中，有的不具有定向性，  即对位于任何方向的声源都具有一定的灵敏度，而有的则有定向性，即对位于一定方向的声源具有一定的灵敏度。在有定向性的传声装置中，提供有这样两种传声装置，一种是将传声单元的定向性的主轴方向的灵敏度设为1，而使与主轴正交的方向的灵敏度为0.5的单一定向性传声装置，另一种是使与传声单元的主轴正交的方向的灵敏度为0.5以下的超定向性传声装置。

而且，作为有超定向性的传声装置，已知有一种所谓***型传声装置，它是在周面上设有集音用的通孔或槽的呈圆筒状的音响管的一端，使定向方向的主轴朝向音响管的轴向，装有传声单元的单一定向型的传声装置，还有一种将两个单一定向性的传声单元沿主轴方向成一直线排列的二次声压倾斜型的传声装置。

上述的所谓***型传声装置，主要是在高音区呈超定向性，与此相反，二次声压倾斜型的传声装置主要是在低音区呈超定向性。

可是，利用声音进行各种指令信号输入的用于汽车导向***或计算机等中的声音识别装置的声音输入装置用的传声装置，由于其目的是专门收集作为声音识别对象的人的声音用的装置，所以在中音区要求具有敏锐的定向性。

可是，迄今使用的单一定向性的传声装置容易传入来自朝向传声单元的定向主轴方向以外的侧面方向的噪声，用作声音识别装置的声音输入装置是不合适的。即，由于能收集本应收集的声音以外的声音，所以不能获得准确的指令信号。

另外，***型传声装置和二次声压倾斜型的传声装置不仅不能满足声音识别装置的声音输入装置所要求的在中音区具有敏锐的定向性，而且存在价格昂贵的问题。

发明的公开

本发明的目的是解决现有的传声装置中存在的问题，提供一种声音识别装置的声音输入装置用的有效的传声装置。

本发明的另一目的是实现声音识别装置的输入装置所要求的中音区的敏锐的定向性，提供一种能实现对来自正面的声音输入具有高灵敏度、而从侧面输入的噪声成分极少被集音的传声装置。

为了达到上述目的，所提出的本发明的传声装置备有配置在大致同一水平面内、彼此距声源大致等距离、且朝向声源以大致等间隔配置的至少3个定向性传声元件；以及对来自各传声元件的输出信号进行加法运算的加法器。

这里，各传声元件配置在与各传声元件的振动板平行的同一平面内。另外，各传声元件采用单一定向性的传声元件。

另外，本发明的传声装置备有沿与各传声元件的定向性主轴正交的方向且相隔规定的距离配置的至少3个传声元件；以及对来自各传声元件的输出信号进行加法运算的加法器。这里，各传声元件分别由单一定向性传声元件构成，同时，集音面相对于声源朝向同一方向，且以大致等间隔配置。

另外，本发明的传声装置备有单一的传声元件；以及彼此长度相等、将从外部到达的声音导向上述传声元件的至少3个音导线路。而且，3个音导线路各自的一端开口部彼此距声源的距离相等、且排列在同一水平面内，同时各自另一端的开口部与传声元件相对。这里，如此配置3个音导线路各自的一端开口部使其相对于上述单一水平面形成大致垂直的平面。

在该传声装置中，传声元件采用无定向性的传声元件。

另外，传声元件也可使用单一定向性的传声元件。

再者，在传声元件的集音面方向的前面，还可设置设有3个音导线路的导音部。

本发明的其它目的及利用本发明所能得到的好处，通过以下与附图一起说明的实施例的说明，能进一步地明了。

附图的简单说明：

图1是本发明的传声装置的结构框图。

图2是模式地表示上述传声装置中的各传声单元的位置关系和各自的定向性的平面图。

图3是将本发明的传声装置用于汽车导向***的声音识别装置的声音输入装置的应用例的斜视图。

图4是将图1所示的传声装置的定向性指数频率特性与***型传声器及2次声压倾斜型传声装置的各定向性指数频率特性一起表示的特性曲线图。

图5是表示将上述传声装置中的各传声单元的间隔取为3cm时的定向性频率特性的特性曲线图。

图6是表示将上述传声装置中的各传声单元的间隔取为6cm时的定向性频率特性的特性曲线图。

图7是表示将上述传声装置中的各传声单元的间隔取为12cm时的定向性频率特性的特性曲线图。

图8是本发明的传声装置的另一结构框图。

图9是表示将图8所示的传声装置中的各传声单元的间隔取为6cm时的定向性频率特性的特性曲线图。

图10是本发明的传声装置的另一结构框图。

图11是本发明的传声装置的另一结构框图。

图12是本发明的传声装置的另一结构的斜视图。

图13是本发明的传声装置的另一结构的主要部分的横剖面图。

实施发明用的最佳形态：

以下，参照附图说明本发明的传声装置的具体实施例。

如图1所示，本发明的传声装置备有3个传声单元1、2、3，以对来自这些传声单元1、2、3的输出进行加法合成的合成器4。

如图2所示，各传声单元1、2、3采用呈单一定向性的传声单元。这里，各传声单元1、2、3沿与定向的主轴正交的方向以等间隔D配置。  这里，各传声单元1、2、3的间隔D设定在例如3cm～12cm范围内。该各传声单元1、2、3间的间隔D是与所使用的传声单元的大小或与集声的声源一致进行适当选择，不限定上述范围。另外，构成各传声单元的各传声元件的振动板配置在与这些振动板的平面平行的同一平面内。信号合成器4使用将供给各传声单元1、2、3的输出的各信号线直接连接而成的所谓有线加法合成器。该信号合成器4也可通过放大器进行信号合成。而且各传声单元1、2、3的输出能由信号合成器4合成后输出。

同时，本实施例的传声装置接收来自卫星的基准信号，在显示画面上显示的地图上指示当前位置，同时适用于安装在汽车上引导行驶方向的汽车导向***中用的声音识别装置的声音输入装置。该传声装置如图3所示，具体地说它备有其断面形状大致呈矩形的长条外壳51，各传声单元1、2、3面对着在该外壳51的前面一侧构成各传声元件的各振动板所在位置的集音面一侧，各传声单元1、2、3的定向性主轴平行安装。这时，各传声单元1、2、3的间隔D1、D2设定为55mm。另外，各传声单元1、2、3这样排列配置，即，使定向性主轴位于单一水平面内。

另外，各传声单元1、2、3通过配置在外壳51内的印刷配线基板安装。合成器4配置在此印刷配线基板上，各传声单元1、2、3通过印刷配线基板上的配线图形与合成器4连线，各输出由合成器4进行加法合成。

再者，各传声单元1、2、3配置在外壳51内，使得各传声单元的振动板位于与这些振动板的平面平行的单一平面内。即，使各传声单元1、2、3使其主轴方向的前后方向的位置一致地配置在外壳51内。

而且，在各传声单元1、2、3的集音面一侧面邻的外壳51的前面一侧，安装着设有许多小孔的薄金属板或布制的前面板52。该前面板52

用来吸收声音，反射入射到外壳51的前面一侧的音响，以便不入射到各传声单元1、2、3中。通过设置这样的前面板52，各传声单元1、2、3能可靠地只收集入射到这些传声单元1、2、3的音响。

另外，将来自合成器4的输出取出到外部的引出线53被引出到外壳51的一个侧面上。

该传声装置的结构适用于安装在汽车上用的汽车导向***中用的声音识别装置的声音输入装置，安装在汽车内时，能可靠地收集司机发出的声音，且能安装在不妨碍操作的位置上。在图3所示的实施例中，图中虽然未示出，但在外壳51的背面一侧设有支撑遮光板的夹子或面固定器等安装装置，以便能安装在配置在汽车内的驾驶席上方的遮光用的遮光板的表面或仪表板等上。

而且，本实施例中的传声装置由于使各传声单元1、2、3的主轴方向的前后方向的位置一致地配置在外壳51内，所以能使任何一部分都不突出地沿遮光板等的安装构件的表面上配置。因此，该传声装置即使配置在汽车内，也能不妨碍司机的操作而充分地避免危险地设置。

这里，当将各传声单元1、2、3收容在其背面一侧被闭塞了的外壳51内构成传声装置时，能限制来自背面一侧的声音的入射，因此不仅能用于单定向性的传声单元，而且还能用于双定向性的传声单元。

同时，能对如上述的图1及图2所示配置了各传声单元1、2、3的传声装置，计算出在数值上掌握传声装置的定向性的一个评价量的定向性指数，得到如图4所示的定向性指数频率特性A。另外，在图4中，与以无定向性的传声装置的频率特性为基准算出的本实施例的传声装置的定向性指数频率特性A一起，示出了上述的***型传声装置定向性指数频率特性B和二次声压倾斜型的传声装置的定向性指数频率特性C。

这里，将从所有的方向以相等的几率入射且其相位全部为不规则的音的定向性传声的能量响应和其正面灵敏度相等的无定向性传声的能量响应之比称为定向效率，用下式(1)定义定向效率。

式中D(θ)表示角度为Ω时的入射波所对应的输出电压和Ω＝0时对输出电压之比，而dΩ则表示角度Ω方向的微小立体角。

如果定向性相对于基准面是对称的，则定向效率由下式(2)给出。

而且，定向性指数由下式(3)或下式(4)定义。

定向效率＝10log₁₀(定向效率)  …(3)

或者由下式(4)定义：

式中，M0是自由声场(平面波)的正面灵敏度，而M diff表示扩散声场灵敏度。

这里，由图4可知，因单一定向性传声的定向性指数为-4.78dB，  所以本实施例中的传声装置和***型传声装置的低音定向性指数即定向性的敏锐度与单一定向性传声相同，但表现出对中音具有敏锐的定向性。与此相反，二次声压倾斜型的传声装置对中低音具有敏锐的定向性。而且，本实施例中的传声装置与***型传声装置和二次声压倾斜型的传声装置相比，前者在高音区呈现敏锐的定向性。

这样，在本实施例的传声装置中，由合成器4对各传声单元1、2、3的输出进行加法合成，所以与输入各传声单元1、2、3的音波对应的输出其同相分量相加，而反相分量相抵消，在与各传声单元1、2、3的间隔D有关的频率呈现出超定向性。

在本实施例的传声装置中，改变了上述图2所示的各传声单元1、2、3的间隔D时，当D＝3cm时，呈现出图5所示的频率特性，当D＝6cm时，呈现出图6所示的频率特性，当D＝12cm时，呈现出图7所示的频率特性，通过使D＝4～8cm，能以高灵敏度收集来自正面的声音输入，而极少收集来自侧面的声音输入。

这里，在上述的图5至图7中，设主轴方向为0°，示出了相对于主轴为40°方向及90°方向的频率特性即定向性频率特性。

另外，例如，如图8所示，本发明的传声装置也可以由4个传声单元11、12、13、14和对各传声单元11、12、13、14的输出进行加法合成的合成器15构成。

即使在该例的情况下，各传声单元11、12、13、14也采用呈单一定向性的传声单元。这里，各传声单元11、12、13、14沿与定向的主轴正交的方向以等间隔、例如以6cm间隔配置。各传声单元11、12、13之间的间隔是与所使用的传声单元的大小或与集声的声源一致进行适当选择的。另外，各传声单元11、12、13排列配置得使主轴位于单一水平面内。

在这样构成的传声装置中，能获得图9所示的定向性频率特性，通过增加并排配置的传声单元，则能在高音区具有敏锐的定向性。

因此，通过沿与定向性的主轴正交方向且彼此相隔规定的距离并列设置多个单一定向性的传声单元，用合成器对各传声单元的输出进行加法合成，获得输出信号，则能实现在以人的说话声为主要分量的中音区内有敏锐的定向性的传声装置。

同时，在上述各实施例中，如此配置多个传声单元使构成这些传声单元的各传声元件的振动板位于与这些振动板的平面平行的单一平面内，但也可如图10所示，将3个或4个传声单元41、42、43配置在相对于声源S为等距离R1的圆周上。即使这时，也使各传声单元41、42、43的各间隔D3、D4相等。

另外，在上述各实施例中，多个传声单元是以等间隔配置的，但各传声单元的间隔也可错开1～1.2左右的范围。即，对于人发出的声波来说，间隔错开1～1.2左右的范围时，对于定向性来说，仍在误差范围内，在实际应用上没有问题，对本发明的目的无妨碍。

另外，如图11所示，从排列方向的正面看，多个例如3个传声单元61、62、63相对于水平面P即使沿上下方向错开约为传声单元61、62、63的直径大小的距离，对于定向性来说，仍在误差范围内，在实际应用上没有问题，对本发明的目的无妨碍。

另外，在将本发明的传声装置用于个人计算机的声音输入装置时，与用于汽车导向***中用的声音识别装置的声音输入装置时相比较，可望将各传声单元的间隔扩大到较大的定向性范围。这是因为使用个人计算机时，使用者的头在较大范围内移动的缘故。在将该传声装置用于汽车导向***时，由于司机的移动受到限制，可使各传声单元的间隔小一些，既能提高定向性，又有利于提高集音特性。

这里，也可以代替用合成器对沿着与定向性的主轴正交的方向且彼此相隔规定的距离并列设置的多个传声单元的输出进行加法合成而获得输出信号，而是在沿着与定向性的主轴正交方向且彼此相隔规定的距离的位置，将声波取入引向器进行混合后，输入传声单元，从一个传声单元获得输出信号。

作为该传声装置，可以象图12所示那样构成。  该传声装置由引向器20和传声单元25构成，上述引向器20在一端侧形成开口部，将该开口部作为声波导入口21A、22A、23A的3条音响管21、22、23与在另一端的开口部一侧的出射口部分连接，上述传声单元25设在该引向器20的出射口20A上。

各音响管21、22、23呈弯曲状，以使各声波导入口21A、22A、23A位于与定向性的主轴正交方向且彼此相隔规定的距离的位置。而且，引向器20在各音响管21、22、23的连接部24，将从各声波导入口21A、22A、23A入射的各声波混合后入射到传声单元25。即，各音响管21、22、23有位于与定向性的主轴正交方向且彼此相隔规定的距离的位置的各声波导入口21A、22A、23A，形成将从各声波导入口21A、22A、23A导入的各声波导入连接部24的音响通路部，上述连接部24具有作为混合各声波的混合部的功能。

这里，配置引向器20的各声波导入口21A、22A、23A使离开声源的距离相互相等，且形成单一水平面。即，各声波导入口21A、22A、23A如此配置使其大致位于同一直线上，或者位于只以声源为中心的圆周上。

在这样构成的传声装置中，通过在引向器20中将从各声波导入口21A、22A、23A入射的各声波混合，同相分量相加，而反相分量相抵消，所以在与各声波导入口21A、22A、23A的间隔D有关的频率呈超定向性，因此，在中音区能实现敏锐的定向性，能用一个传声单元25以高灵敏度收集来自正面的声音输入，而极少收集来自侧面的噪声。

上述的传声装置中用的传声单元25由于安装在引向器20的端部，用来收集从分支的音响管21、22、23入射的音，还由于能限制来自朝向各声波导入口21A、22A、23A方向以外的例如侧面方向的声音的入射，所以能使用无定向性的传声单元。使用无定向性的传声单元时，对来自背面的波也呈现出灵敏度，定向特性呈8字形，但将该传声装置用于安装在汽车上的，汽车导向***的声音识别装置的声音输入装置中时，实际上背面一侧是闭塞的，几乎不会从背面一侧入射声音，所以能充分地达到目的。

另外，使用无定向性的传声单元25时，由于音响管21、22、23的阻抗比传声单元25的阻抗高，所以为了与音响管21、22、23的阻抗匹配，最好将传声单元25的背面闭塞，进行阻抗调整。

另外，当传声单元25采用单一定向性的传声单元时，不收集从背面一侧来的声音，所以能具有与上述图1所示的传声装置同样的特性。

另外，如上所述，也可以不用音响管21、22、23构成引向器20，而是象例如图13所示的传声装置那样，使用形成了音响通路部31、32、33和混合部34的引向器30，上述音响通路部31、32、33在与定向性的主轴互相正交方向且彼此相隔规定的距离D的位置将从各声波导入口31A、32A、33A导入的各声波导入，上述混合部34对通过各音响通路部31、32、33导入的各声波进行混合，将传声单元35设置在该引向器30的混合部34上。

另外，通过使从声波导入口31A、32A、33A至混合部34的各音响通路部31、32、33的距离相等，则从声波导入口31A、32A、33A导入的各声波能维持彼此之间的相位关系，利用上述混合部34，同相分量相加，而反相分量相抵消。

工业上利用的可能性

本发明的传声装置利用合成器对沿着与定向性的主轴正交的方向且彼此相隔规定的距离排列设置的至少3个单一定向性的传声单元的输出进行加法合成而获得输出信号，能在中音区实现敏锐的定向性，能以高灵敏度收集来自正面的声音输入，而极少收集来自侧面的噪声，所以通过将其用于安装在汽车上的汽车导向***的声音识别装置的声音输入装置中或计算机的声音输入装置中，则能实现准确且可靠地收集司机或操作者说话的声音。

Claims (11)

1.一种传声装置，其特征在于备有：配置在大致单一水平面内、彼此距声源大致等距离、且朝向声源大致等间隔配置的至少3个定向性传声元件；以及对来自上述各传声元件的输出信号进行加法运算的加法装置。

2.根据权利要求1所述的传声装置，其特征在于上述各传声元件配置在与各传声元件的振动板平行的单一平面内。

3.根据权利要求1所述的传声装置，其特征在于上述各传声元件分别是单一定向性的传声元件。

4.一种传声装置，其特征在于备有：沿与各传声元件的定向性主轴正交的方向且相隔规定的距离配置的至少3个传声元件；以及对来自上述各传声元件的输出信号进行加法运算的加法装置。

5.根据权利要求4所述的传声装置，其特征在于上述各传声元件分别是单一定向性的传声元件。

6.根据权利要求4所述的传声装置，其特征在于上述各传声元件分别由单一定向性传声元件构成，同时，集音面相对于声源朝向同一方向，且以大致等间隔配置。

7.一种传声装置，其特征在于备有单一的传声元件，以及彼此长度相等、将从外部到达的声音导向上述传声元件的至少3个音导线路，上述3个音导线路各自的一端开口部彼此距声源的距离相等、且形单一水平面那样排列配置，同时各自另一端的开口部与上述传声元件相对。

8.根据权利要求7所述的传声装置，其特征在于上述3个音导线路各自的一端开口部如此配置，使相对于上述单一水平面形成大致垂直的平面。

9.根据权利要求7所述的传声装置，其特征在于上述传声元件由无定向性的传声元件构成。

10.根据权利要求7所述的传声装置，其特征在于上述传声元件由单一定向性的传声元件构成。

11.根据权利要求7所述的传声装置，其特征在于还配备有设置在上述传声元件的集音面方向的前面，设置有3个音导线路的导音部。

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