JP2602642B2 - 指向性マイクロホン装置 - Google Patents

指向性マイクロホン装置

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JP2602642B2 JP61030692A JP3069286A JP2602642B2 JP 2602642 B2 JP2602642 B2 JP 2602642B2 JP 61030692 A JP61030692 A JP 61030692A JP 3069286 A JP3069286 A JP 3069286A JP 2602642 B2 JP2602642 B2 JP 2602642B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は、指向性マイクロホン装置に関する。詳しく
は、主マイクロホンと副マイクロホンとを近接して設
け、近接音源により得られる主マイクロホンの出力信号
を近接音源により得られる副マイクロホンの出力信号を
使用して相殺することによって、近接音源に対する感度
を著しく低減しようとした指向性マイクロホン装置に係
るものである。
(従来技術とその問題点) 従来、周囲騒音の存在する状況下において、目的とす
る遠方音源の音を明瞭に収音するために、超指向性など
の各種指向性マイクロホンが実現化されている。
これら従来の指向性マイクロホンでは、遠方(1m以
遠)より到来する音波に対しては所定の指向特性が得ら
れるが、マイクロホンの近傍(1m以内)より発せられた
音波に対しては近接効果の影響で遠方音源に対応する指
向特性とは異なる指向特性となる。
その結果、マイクロホンに近接した音源に対しては、
その入射方向が遠方音源に対して感度を有する方向は勿
論のこと、例えば、ビデオカメラの撮影者の声のように
遠方音源に対して感度を有しない方向であっても、近接
効果の影響で近接音源に対して感度を有することとな
り、目的とする遠方の音源によるマイクロホンの出力レ
ベルに比し、無視できない大きさの出力レベルで収音さ
れてしまう欠点を有していた。
(発明の目的) 本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するもの
であり、特定の方向および距離にある近接音源に対する
感度を著しく低減することを目的とする。
(発明の概要) 本発明では、目的とする遠方音源の音を収音する主マ
イクロホンと、これに近接した副マイクロホンとを設け
る。両マイクロホンに近接した近接音源により得られる
副マイクロホンの出力信号の信号レベルと周波数成分お
よび位相を、上記近接音源により得られる主マイクロホ
ンの出力信号に一致させるように補正し、その補正され
た副マイクロホンの出力信号で上記近接音源により得ら
れる主マイクロホンの出力信号を相殺する。これによ
り、上記近接音源を含み、かつ、その近傍にある近接音
源に対する感度を著しく低減し得る。
(実施例) 第1図は、本発明の指向性マイクロホン装置の一実施
例を示している。M1は主マイクロホン、M2は副マイクロ
ホンであり、副マイクロホンM2は主マイクロホンM1に対
して距離Dをおいて設置されている。1は補正回路であ
り、近接音源により得られる副マイクロホンM2の出力信
号の信号レベルと周波数成分および位相を補正して、近
接音源により得られる主マイクロホンM1の出力信号と略
一致させる。2は主マイクロホンM1の出力信号に含まれ
る近接音源成分を相殺して除去する演算回路であり、主
マイクロホンM1からの近接音源成分を補正回路1を介し
て得られる副マイクロホンM2の出力信号で相殺するよう
に動作する。したがって、出力端子OUTに得られる出力
信号Eは、収音すべき目的音源のみによるものとなる。
なお、演算回路2としては、主マイクロホンM1の出力
信号と補正回路1の出力信号とが同極性の関係にあれば
図示のように減算回路が用いられ、また逆極性の関係に
あれば加算回路が用いられる。
第2図は、第1図のマイクロホン装置における主マイ
クロホンM1、副マイクロホンM2および各音源の位置関係
を極座標で表わしたものである。以下、第2図を用い
て、本実施例のマイクロホン装置の動作原理について説
明する。
先ず、主マイクロホンM1の受音点をm1、副マイクロホ
ンM2の受音点をm2で表し、極座標の原点を主マイクロホ
ンM1の受音点をm1に設定する。そして、目的音源をA、
近接音源をBと表わし、主マイクロホンM1に関して、 r:目的音源Aとm1との距離、 θ:m1とm2とを結ぶ線上でM1の最大感度方向を0度とし
て時計方向に角度をとるときに、M1の準備軸と、目的音
源Aとm1を結ぶ線とのなす角度、 r0:近接音源Bと受音点m1との距離、 θ0:M1の基準軸と、近接音源Bとm1を結ぶ線とのなす角
度、 とし、さらに副マイクロホンM2に関して、 r2:目的音源Aとm2との距離、 θ2:M2の準備軸と、目的音源Aとm2を結ぶ線とのなす角
度、 r02:近接音源Bとm2との距離、 θ02:M2の基準軸と、近接音源Bとm2を結ぶ線とのなす
角度、 D:m1,m2間の距離、 θ1:M1の基準軸とM2の基準軸とのなす角度、 とする。
そこで、r22,r0202をr,θ,θ1,r0で表わ
すと、それぞれ で表わされる。
ここで、主マイクロホンM1および副マイクロホンM
2は、それぞれ一次音圧傾度形指向性マイクロホンで構
成され、かつ一般的には両者で異なった指向性を持って
いる。すなわち、主マイクロホンM1の平面波音場での指
向係数D1は、 で表され、副マイクロホンM2の平面波音場での指向係数
D2は、 で表わされる。ただし、α1はマイクロホンの全指
向性成分と両指向性成分の基準軸方向での大きさの比で
あり、全指向性では∞、単一指向性では1、両指向性で
は0である。
さて、主マイクロホンM1、副マイクロホンM2の平面波
音場での正面感度が全帯域で平坦な周波数特性を持つも
のとすると、目的音源Aによる球面波音場での主マイク
ロホンM1の出力信号E1(r,θ)および副マイクロホンM2
の出力信号E2(r2)は、音響−電気変換係数をK
として、受音点M1での音圧Pで基準化して表わすと、 となる。
次に、補正回路1について説明する。この補正回路1
は、上述したように近接音源Bにより得られる副マイク
ロホンM2の出力信号を、近接音源Bにより得られる主マ
イクロホンM1の出力信号に一致させるように動作する。
そのため、補正回路1の伝達関数をY0とすれば、 E1(r0)−Y0・E2(r0202)=0 ……(9) が成り立つ。この(9)式より、補正回路1の伝達関数
Y0は、 で与えられる。
この(10)式によれば、近接音源Bからの各マイクロ
ホンM1,M2までの距離差に基づくr02/r0なる減衰項と、
(r0−r02)/cなる遅延時間補正項および各マイクロホ
ンM1,M2の指向性と近接効果に依存する、 なる振幅位相特性補正項の3つの項の積で構成される。
したがって、この伝達関数Y0を満足する補正回路1は、
第3図に示すように構成される。
すなわち、補正回路1は、伝達関数Y0中の減衰項を具
現化する振幅減衰回路3と、遅延時間補正項を具現化す
る時間遅延回路4と、振幅位相特性補正項を具現化する
振幅位相特性補正回路5とで構成される。なお、回路3
〜5の順序は、図示の順序でなくてもよい。ここで、振
幅位相特性補正回路5を設定する場合、各マイクロホン
M1,M2の指向特性および近接音源Bと各マイクロホンM1,
M2との位置関係が重要な要素となる。
すなわち、この振幅位相特性補正回路5の伝達関数Y
05は、 で表わされる。これを通常の電子回路(受動回路)で実
現させるためには、 (I)α+cosθとcosθ0/jkr0とが同符号かいずれ
か一方が零 (II)α+cosθとcosθ02/jkr02とが同符号かいず
れか一方が零 の2つの条件を満足する必要がある。
上記条件から相殺可能な音源(近接音源B)の位置を
示すθおよびθ02は、各マイクロホンM1,M2の指向性
により制約を受ける。したがって、近接音源Bの方向に
関連して各マイクロホンM1,M2の指向性を選択する必要
がある。下表は、各マイクロホンM1,M2の平面波音場に
おける指向性に対応して相殺可能なθおよびθ02の範
囲を示している。また、第4図は、相殺可能なθおよ
びθ02の範囲を指向性パターンで示している。
以上説明した各部の解析結果に基づいて、本発明の指
向性マイクロホン装置の出力信号E(r,θ)を求めると
以下のようになる。ただし、各マイクロホンM1,M2の正
面感度は等しいものとする。
第5図は、α1=0.5(M1,M2の指向性はいずれも
ハイパーカージオイド指向特性)、θ=180゜(M1,M2
の向きは反対)、D=4cm、r0=23cm、θ=150゜(第
2図参照)の条件により(10)式で算出される補正回路
1の伝達関数Y0を使用し、(12)式を用いて得られた本
発明の指向性マイクロホン装置における遠距離(r=5
m)および近距離(r=30cm)に対する指向特性L1,L2
示している。第5図において、左半分がr=30cmの場
合、右半分がr=5mの場合を示している。双方の指向特
性L1,L2とも軸対称であるため、0゜〜180゜の角度範囲
のみ表わしたものである。
第5図において、点線(N1,N2)および一点鎖線(P1,
P2)で示す指向特性はそれぞれハイパーカージオイド指
向特性および単一指向特性を表わしている。本発明の指
向性マイクロホン装置の指向特性(実線)と比較すると
明かなように、近接音源に対する相殺の効果により、ハ
イパーカージオイド指向特性N2に特有の背面方向に生ず
る指向特性の副極(N2−B)がほとんど消失する。つま
り、本発明の指向性マイクロホン装置の副極(L2−B)
は非常に小さく、ほぼ前面方向に最大感度を持つ指向特
性の主極(L2−F)のみとなる。しかも、この主極(L2
−F)は単一指向特性に比べて明確に鋭いものとなる。
上述したように、第5図の指向特性L2は近距離(r=
30cm)に対する指向特性を示したものであるが、この指
向特性L2より明らかなように、本発明の指向性マイクロ
ホン装置は、補正回路1の伝達関数Y0を算出した相殺条
件を満たす定位置(r=23cm、θ=150゜)の近接音源
のみならず、その近傍位置(例えばr=30cm、θ=150
゜等)の近接音源に対しても、感度を著しく低減できる
ことがわかる。
上述した相殺の効果は遠方音源に対する指向性につい
ても明かに発揮される。すなわち、第5図において、r
=5mの指向特性L1にみられるように単一指向特性に比し
て明らかに鋭い指向特性を有しており、かつハイパーカ
ージオイド指向特性N1に見られる副極(N1−B)がほと
んど消失している(L1−B)。
また、第6図は、第5図における遠距離(r=5m)の
場合の出力電圧指向周波数特性を示している。この出力
電圧指向周波数特性は、中高域周波数帯域での鋭い指向
特性を明瞭に表わしている。
次に、第7図は、α=0.5(M1の指向性はハイパー
カージオイド指向特性)、α=0(M2の指向性は両指
向特性)、θ=180゜(M1,M2の向きは反対)、D=4c
m、r0=23cm,θ=150゜(第2図参照)の条件により
(10)式で算出される補正回路1の伝達関数Y0を使用
し、(12)式を用いて得られた本発明の指向性マイクロ
ホン装置における遠距離(r=5m)および近距離(r=
30cm)に対する指向特性を示している。第7図におい
て、左半分がr=30cmの場合、右半分がr=5mの場合を
示している。双方の指向特性とも軸対称であるため、第
5図と同様に、0゜〜180゜の角度範囲のみ表わしてい
る。
この場合においても、第5図の場合と同様に、遠距離
および近距離に対して、ハイパーカージオイド指向特性
および単一指向特性に比べて前方方向の指向性はより鋭
く、背面方向の指向感度は著しく低減している。
なお、上述実施例では、主,副マイクロホンM1,M2
それぞれに一次音圧傾度形指向性マイクロホンを用いた
場合について説明したが、こうした考え方および方法
は、各マイクロホンM1,M2が複数個の一次音圧傾度形指
向性マイクロホンの組み合せで得られる高次の音圧傾度
形指向性マイクロホンあるいはその他の超指向性マイク
ロホンである場合にも同様に適用できる。
(本発明の効果) 本発明による指向性マイクロホン装置によれば、主マ
イクロホンと副マイクロホンとを近接して設け、これら
主、副マイクロホンに対して特定の方向および距離にあ
る近接する近接音源により得られる主マイクロホンの出
力信号をその近接音源により得られる副マイクロホンの
出力信号を使用して相殺するものであり、これにより、
上記近接音源を含み、かつ、その近傍にある近接音源に
対する感度を著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の指向性マイクロホン装置の一実施例を
示すブロック図、第2図は実施例の動作を説明するため
の音源および各マイクロホンの位置関係を示す配置図、
第3図は実施例に用いられる補正回路のブロック図、第
4図は相殺可能な近傍音源の方向の範囲がマイクロホン
の指向特性により変化することを示す図、第5図は本発
明の指向性マイクロホン装置における指向特性の一例を
示す指向特性図、第6図は第5図と同等の条件における
本発明の指向性マイクロホン装置の出力電圧指向周波数
特性を示す特性図、第7図は本発明の指向性マイクロホ
ン装置における指向特性の他の例を示す指向特性図であ
る。 符号の説明 1……補正回路、2……演算回路、3……振幅減衰回
路、4……時間遅延回路、5……振幅位相特性補正回
路、M1……主マイクロホン、M2……副マイクロホン、A
……目的音源、B……近接音源、m1……主マイクロホン
M1の受音点、m2……副マイクロホンM2の受音点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭60−37992(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主マイクロホンと副マイクロホンとを近接
    して設け、 前記主マイクロホンを、遠方音源の方向に最大感度を有
    する一次音圧傾度形指向性マイクロホンで構成し、 前記副マイクロホンを、前記両マイクロホンに対して特
    定の方向および距離にある感度を低減すべき近接音源の
    方向に関連して最大感度方向および指向性が選択され
    る、前記主マイクロホンと同一もしくは異なる一次音圧
    傾度形指向性マイクロホンで構成し、 振幅減衰手段、時間遅延手段および振幅位相特性補正手
    段を有し、前記副マイクロホンの出力信号の信号レベル
    と周波数成分および位相を補正する補正回路と、 前記主マイクロホンの出力信号と前記補正回路を介して
    得られた前記副マイクロホンの出力信号とを加算もしく
    は減算する演算回路とを具備し、 前記補正回路は、前記演算回路にて前記近接音源により
    得られる前記主マイクロホンの出力信号を前記近接音源
    により得られる前記副マイクロホンの出力信号で相殺す
    るように前記副マイクロホンの出力信号の信号レベルと
    周波数成分および位相を補正し、 前記近接音源に対する感度を著しく低減せしめたことを
    特徴とする指向性マイクロホン装置。
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