JP3047613B2 - Super directional microphone - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超指向性マイクロホン
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a super-directional microphone.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、超指向性マイクロホンとしては、
ラインマイクロホン(ガンマイク)や高次音圧傾度型マ
イクロホンやパラボラ集音器などが用いられており、マ
イクロホンを収音対象に近接して設置できない屋外や舞
台などの収音で用いられているが、その収音距離の伸長
が望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, as a super-directional microphone,
Line microphones (gun microphones), high-order sound pressure gradient type microphones, parabolic sound collectors, etc. are used. It is desired to extend the sound pickup distance.
【0003】以下、図面を参照しながら、上述した従来
の超指向性マイクロホンの一例について説明する。(図
5)は従来の超指向性マイクロホンの構成を示す断面図
である。(図5)において、51は匡体である。52は
第1の音波導入孔で匡体51の先端に設けられる。53
〜64は第2から第13の音波導入孔で匡体51の側面
に設けられる。65は第1の音響抵抗体で、第1の音波
導入孔52から第12の音波導入孔63の上に匡体51
に接して内側から設けられる。66は、第2の音響抵抗
体で、第13の音波導入孔64の上に匡体51に接して
内側から設けられる。67は、マイクロホンユニット
で、第12の音波導入孔63と第13の音波導入孔64
の間で、匡体51の内部に、正面を第1の音波導入孔5
2の方向に向けて設けられる。68は出力端子である。Hereinafter, an example of the above-described conventional super-directional microphone will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional super-directional microphone. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes a housing. Reference numeral 52 denotes a first sound wave introduction hole, which is provided at the tip of the housing 51. 53
Reference numerals 64 are second to thirteenth sound wave introduction holes provided on the side surface of the housing 51. A first acoustic resistor 65 is provided on the housing 51 from the first sound wave introduction hole 52 to the twelfth sound wave introduction hole 63.
It is provided from the inside in contact with. Reference numeral 66 denotes a second acoustic resistor, which is provided on the thirteenth sound wave introduction hole 64 in contact with the housing 51 from the inside. A microphone unit 67 includes a twelfth sound wave introduction hole 63 and a thirteenth sound wave introduction hole 64.
Between the first sound wave introduction hole 5 and the inside of the housing 51.
2 are provided. 68 is an output terminal.
【0004】以上のように構成された超指向性マイクロ
ホンについて、以下その動作について説明する。匡体5
1の第1の音波導入孔52の側をマイクロホンの正面
(θ=0゜)とし、収音時の音波の流れについて説明す
ると、第1の音波導入孔52から第12の音波導入孔6
3より匡体51の内部に入った音波は、匡体51の内部
を伝わってマイクロホンユニット67の振動板の表面で
合成され、第13の音波導入孔64から匡体51の内部
に入った音波は匡体51の内部を伝わって振動板の裏面
に伝わる。定性的な指向性形成の説明としては、正面方
向から来る音波については、第1の音波導入孔52から
第12の音波導入孔63までのどの音波導入孔から入っ
た音波でも、マイクロホンユニット67から音源までの
距離が等しいために、音波は同位相で加算合成される。
一方、音源が正面から角度θの位置にあるとき、マイク
ロホンユニット67から音源までの距離は、第1の音波
導入孔52からのときが最も長い距離となり、第12の
音波導入孔63からのときが最も短い距離となる。従っ
て、角度θから到来する音波は、通過する音波導入孔に
よってマイクロホンユニット67の位置で位相差が生じ
るため、同位相で合成されるθ=0゜のときの音圧に比
較して感度が低下する。The operation of the super-directional microphone configured as described above will be described below. Housing 5
The flow of the sound wave at the time of sound collection will be described with the first sound wave introduction hole 52 as the front side (θ = 0 °) of the microphone. The first sound wave introduction hole 52 to the twelfth sound wave introduction hole 6
The sound wave entering the inside of the housing 51 from the third is transmitted through the inside of the housing 51 and synthesized on the surface of the diaphragm of the microphone unit 67, and the sound wave entering the inside of the housing 51 from the thirteenth sound wave introduction hole 64. Is transmitted through the inside of the housing 51 to the back surface of the diaphragm. As a description of the formation of the qualitative directivity, as for the sound wave coming from the front direction, the sound wave entering from any of the sound wave introduction holes from the first sound wave introduction hole 52 to the twelfth sound introduction hole 63 is transmitted from the microphone unit 67. Since the distances to the sound source are equal, the sound waves are additively synthesized in phase.
On the other hand, when the sound source is located at an angle θ from the front, the distance from the microphone unit 67 to the sound source is the longest when the sound source is from the first sound wave introduction hole 52 and is the longest when the sound source is from the twelfth sound wave introduction hole 63. Is the shortest distance. Therefore, the sound wave arriving from the angle θ has a phase difference at the position of the microphone unit 67 due to the sound wave introduction hole passing therethrough, and the sensitivity is lower than the sound pressure when θ = 0 ° synthesized in the same phase. I do.
【0005】また、第13の音波導入孔64は、低音域
の指向特性を得るためにマイクロホンユニット67に単
一指向性のものを用いたとき、振動板裏面に音圧を与え
る為に設けられている。A thirteenth sound wave introducing hole 64 is provided for applying a sound pressure to the rear surface of the diaphragm when a microphone unit 67 having a unidirectional characteristic is used to obtain a directional characteristic in a low frequency range. ing.
【0006】また、第1の音波導入孔52から第12の
音波導入孔63に設けられた第1の音響抵抗体65と、
第13の音波導入孔64に設けられた第2の音響抵抗体
66は、各々の音波導入孔から入る音波の音圧に重み付
けを行うために設けられている。A first acoustic resistor 65 provided between the first sound wave introduction hole 52 to the twelfth sound wave introduction hole 63,
The second acoustic resistor 66 provided in the thirteenth sound wave introduction hole 64 is provided for weighting the sound pressure of the sound wave entering from each sound wave introduction hole.
【0007】角度θで第nの音波導入孔から入った音波
のマイクロホンユニット67の振動板表面での音圧は、
第nの音波導入孔からマイクロホンユニット67までの
距離をxn とすると、次式のようになる(例えば、「オ
ーディオ工学」、中島平太郎著、実教出版、210〜213ペ
ージ)。The sound pressure at the surface of the diaphragm of the microphone unit 67 of the sound wave entering from the n-th sound wave introduction hole at the angle θ is:
Assuming that the distance from the n-th sound wave introduction hole to the microphone unit 67 is xn, the following expression is obtained (for example, "Audio Engineering", by Heitaro Nakajima, Jikkyo Shuppan, pp. 210-213).
【0008】[0008]
【数3】 (Equation 3)
【0009】また、第13の音波導入孔64からマイク
ロホンユニット67の振動板裏面に加わる音圧は次式と
なる。The sound pressure applied from the thirteenth sound wave introduction hole 64 to the back surface of the diaphragm of the microphone unit 67 is given by the following equation.
【0010】[0010]
【数4】 (Equation 4)
【0011】従って、マイクロホンユニット67の振動
板に加わる音圧は、Therefore, the sound pressure applied to the diaphragm of the microphone unit 67 is
【0012】[0012]
【数5】 (Equation 5)
【0013】となり、指向特性は、(図6)の様にな
る。Thus, the directional characteristics are as shown in FIG.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、低い周波数では波長が長いため、正面方
向以外にある音源でも各音波導入孔から入った音波の位
相がマイクロホンユニット17のところであまり変化し
ないので、低音域では指向性がつきにくく、高音域では
指向性が鋭くなりすぎるという問題点を有している。However, in the above arrangement, since the wavelength is long at a low frequency, the phase of a sound wave entering from each sound wave introduction hole of a sound source located in a direction other than the front direction changes very much at the microphone unit 17. Therefore, there is a problem that the directivity is hard to be obtained in a low sound range and the directivity is too sharp in a high sound range.
【0015】また、第1の音波導入孔52から第13の
音波導入孔64までの穴の大きさや第1の音響抵抗体6
5や第2の音響抵抗体66による音波導入孔からの音圧
に対する重み付けの精度を得ることが難しく、正面方向
以外の感度の減衰量を十分に確保することができないと
いう問題点を有している。The size of the hole from the first sound wave introduction hole 52 to the thirteenth sound wave introduction hole 64 and the size of the first acoustic resistor 6
It is difficult to obtain the accuracy of weighting the sound pressure from the sound wave introduction hole by the fifth or second acoustic resistor 66, and it is not possible to sufficiently secure the attenuation of the sensitivity other than in the front direction. I have.
【0016】本発明は、上記問題点に鑑み、鋭角な指向
特性と正面方向以外の大きな減衰量と周波数に対する指
向性の均一性の改善をした超指向性マイクロホンを提供
するものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a super-directional microphone in which sharp directivity characteristics, a large amount of attenuation other than the front direction, and uniformity of directivity with respect to frequency are improved.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の超指向性マイクロホンは、直線状に間隔d
で配列された第1から第Nのマイクロホンユニットと、
第1から第Nのマイクロホンユニットからの信号を入力
とする2次元フィルタと、2次元フィルタの後段に設け
られた周波数特性補正手段を備え、2次元フィルタの振
幅周波数特性が規格化時間周波数f1(-0.5≦f1≦0.5)
と規格化空間周波数f2(-0.5≦f2≦0.5)で表現される
2次元周波数平面上で次式で示される線状領域に通過領
域を持ち、In order to solve the above-mentioned problems, a super-directional microphone according to the present invention has a linear distance d.
First to Nth microphone units arranged in
A two-dimensional filter that receives signals from the first to Nth microphone units as inputs; and a frequency characteristic correction unit provided at a subsequent stage of the two-dimensional filter, and the amplitude frequency characteristic of the two-dimensional filter is a normalized time frequency f1 ( -0.5 ≦ f1 ≦ 0.5)
And on a two-dimensional frequency plane represented by a normalized spatial frequency f2 (-0.5≤f2≤0.5) a linear region represented by
【0018】[0018]
【数6】 (Equation 6)
【0019】かつ、2次元フィルタの時間サンプリング
周波数fs が次式の範囲であるという構成を備えたもの
である。In addition, the time sampling frequency fs of the two-dimensional filter is configured to be within the range of the following equation.
【0020】[0020]
【数7】 (Equation 7)
【0021】[0021]
【作用】本発明は上記した構成によって、第1から第N
のマイクロホンユニットに到来する音波は、それぞれ電
気信号に変換され、各々のマイクロホンユニット後段に
設けられた第1から第Nのアナログディジタル変換手段
によってディジタル信号に変換される。ここで得られた
信号は、第1から第Nのマイクロホンユニットの配列に
よる空間サンプルと第1から第Nのアナログディジタル
変換手段での時間サンプルの2次元データとなり、第n
のマイクロホンユニットに対する時刻mの信号をx
(m,n)として、このx(m,n)を2次元フーリエ
変換した2次元周波数スペクトルX(f1,f2) は、第1
のマイクロホンユニットから第Nのマイクロホンユニッ
トを見た方向を正面方向(θ=0゜)として、マイクロ
ホンユニットの間隔をd、音速をc、サンプリング周波
数をfsとして、次式に示す直線上に音波の周波数スペ
クトルが存在する(例えば、「ディジタルフィルタの設
計」、武部 幹 著、東海大学出版会、224〜228ペー
ジ)。According to the present invention, the first to the Nth
Sound waves arriving at each of the microphone units are converted into electric signals, and are converted into digital signals by first to N-th analog-to-digital conversion means provided at the subsequent stage of each microphone unit. The signal obtained here becomes two-dimensional data of a spatial sample by the arrangement of the first to Nth microphone units and a time sample by the first to Nth analog-to-digital conversion means.
The signal at time m for the microphone unit of
As (m, n), a two-dimensional frequency spectrum X (f1, f2) obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on x (m, n) is represented by the first
Assuming that the direction in which the Nth microphone unit is viewed from the microphone unit is the front direction (θ = 0 °), the interval between the microphone units is d, the sound speed is c, and the sampling frequency is fs, the sound wave is expressed on a straight line represented by the following equation. There is a frequency spectrum (eg, "Design of Digital Filter", Miki Takebe, Tokai University Press, pp. 224-228).
【0022】[0022]
【数8】 (Equation 8)
【0023】この様に2次元周波数スペクトルX(f1,f
2) は(数8)のように入射角度θによって傾きが変化
する直線上に現れる音波のスペクトルの集合となるが、
第1から第Nのアナログディジタル変換手段の後段に設
けられた2次元フィルタの振幅周波数特性H(f1,f2)
を(数6)に示す直線部分が通過領域で、かつ、サンプ
リング周波数fsを(数7)とすることで、2次元フィ
ルタではX(f1,f2)H(f1,f2)の処理が行われる結
果、正面(θ=0゜)方向の音波が通過し、正面以外の
方向からの音波が阻止される。As described above, the two-dimensional frequency spectrum X (f1, f
2) is a set of sound wave spectra appearing on a straight line whose inclination changes with the incident angle θ as shown in (Equation 8).
Amplitude-frequency characteristics H (f1, f2) of a two-dimensional filter provided after the first to N-th analog-digital conversion means
In the two-dimensional filter, the processing of X (f1, f2) H (f1, f2) is performed by setting the straight line portion shown in (Equation 6) to the pass region and setting the sampling frequency fs to (Equation 7). As a result, sound waves in the front (θ = 0 °) direction pass, and sound waves from directions other than the front are blocked.
【0024】普通は正面方向の音波のスペクトルと2次
元フィルタの通過領域を一致させて(b=0のときに対
応する)指向特性を得るが、この場合は従来例と同様に
低音域ほど指向性がつきにくく、高音域では指向性が鋭
くなりすぎるという現象が発生するため、(数6)と
(数7)の定数bに適当な値を与える。このとき、正面
(θ=0゜)からの音波のスペクトルは、(数7)の範
囲の最大値を(数8)に代入すると次式に表される直線
上に現れる。Normally, a directivity characteristic is obtained by matching the spectrum of the sound wave in the front direction with the pass region of the two-dimensional filter (corresponding to the case of b = 0). Since a phenomenon occurs in which the directivity becomes too sharp in a high-frequency range, an appropriate value is given to the constant b in (Equation 6) and (Equation 7). At this time, the spectrum of the sound wave from the front (θ = 0 °) appears on a straight line represented by the following equation when the maximum value in the range of (Equation 7) is substituted into (Equation 8).
【0025】[0025]
【数9】 (Equation 9)
【0026】一方、2次元フィルタの通過領域は(数
6)の線上であるから、(数9)と比較すれば、正面方
向からの音波のスペクトルは規格化時間周波数f1 が0
(低音域)に近づくほど通過領域から離れ、f1 が0.
5(高音域)に近づくほど通過領域に近づく。この様な
設定の目的は、指向性の鋭角化と周波数に対する指向性
の均一化を図ることにあり、そのようになる理由は、正
面方向からの音波のスペクトル位置を2次元フィルタの
通過領域から予め外しておくことで、音波の到来方向が
θ=0゜からθが大となったとき、音波のスペクトルが
直ちに阻止領域に入るようにできることから指向性がよ
り鋭くなることにあり、さらにこの効果を低音域ほど強
く出して周波数に対する指向性の均一化が行えることに
ある。サンプリング周波数fs が(数7)の範囲を持つ
理由は、fs=c/d のときは、(数6)が表す領域で
ある2次元フィルタの通過領域と(数8)が示す正面方
向の音波のスペクトル位置が平行の関係となり、指向性
の鋭角化に重点をおいた設定となり、fs=c/{d(1
-2b)}のときは、周波数に対する指向性の均一化に重
点をおいた設定となるためで、仮にfs<c/d であれ
ば高音域のスペクトルが通過領域にも遮断領域にも入ら
ず、結果として高音域のマイクロホン感度が得られなく
なり、fs>c/{d(1-2b)} のときは高音域のス
ペクトルが正面方向以外で通過領域を通るため、結果と
して高音域でマイクロホンの最大感度が正面方向以外に
現れることになる。On the other hand, since the passing area of the two-dimensional filter is on the line of (Equation 6), the spectrum of the sound wave from the front direction has a normalized time frequency f1 of 0 as compared with (Equation 9).
(Lower range), the farther away from the passing area, the more f1 becomes 0.
The closer to 5 (treble range), the closer to the passing area. The purpose of such a setting is to achieve an acute angle of directivity and a uniform directivity with respect to the frequency. The reason for this is that the spectral position of the sound wave from the front direction is determined from the passing area of the two-dimensional filter. By removing in advance, when the arrival direction of the sound wave becomes large from θ = 0 °, the directivity becomes sharper because the spectrum of the sound wave can immediately enter the blocking region. The effect is that the effect is more pronounced in the lower frequency range and the directivity with respect to the frequency can be made uniform. The reason that the sampling frequency fs has the range of (Equation 7) is that when fs = c / d, the passing area of the two-dimensional filter which is the area represented by (Equation 6) and the sound wave in the front direction indicated by (Equation 8) Are in a parallel relationship, and the setting emphasizes sharpening of the directivity, and fs = c / {d (1
-2b) In the case of}, the emphasis is on setting uniformity of directivity with respect to frequency. If fs <c / d, the spectrum of the high-frequency range does not enter the pass band or the cut-off region. As a result, microphone sensitivity in the high frequency range cannot be obtained, and when fs> c / {d (1-2b)}, the spectrum in the high frequency range passes through the pass region other than in the front direction. The maximum sensitivity appears in directions other than the front direction.
【0027】以上のようにして抽出された正面方向の音
波は、2次元フィルタ後段のディジタルアナログ変換手
段でアナログ信号に変換され、周波数特性補正手段で音
圧周波数特性を補正して出力される。The sound waves in the front direction extracted as described above are converted into analog signals by digital-to-analog conversion means downstream of the two-dimensional filter, and are output after correcting sound pressure frequency characteristics by frequency characteristic correction means.
【0028】以上のようにして、低音域から指向性を持
ち、周波数に対する指向性の均一性の改善が行われ、ま
た、複数のマイクロホンユニットの出力信号を合成する
ことによる感度の上昇とディジタルフィルタによる高精
度な演算によって、正面方向以外の感度の減衰量も大き
くとれることになる。As described above, the directivity is improved from the low frequency range, the uniformity of the directivity with respect to the frequency is improved, the sensitivity is increased by combining the output signals of a plurality of microphone units, and the digital filter is improved. By the high-precision calculation by, the amount of attenuation of the sensitivity other than the front direction can be increased.
【0029】[0029]
【実施例】以下本発明の一実施例の超指向性マイクロホ
ンについて、図面を参照しながら説明する。(図1)は
本発明の一実施例における超指向性マイクロホンの構成
を示すものである。(図1)において、1〜3は第1か
ら第3の無指向性マイクロホンユニット、4は第Nの無
指向性マイクロホンユニットで、第1の無指向性マイク
ロホンユニット1から第Nの無指向性マイクロホンユニ
ット4までN個の無指向性マイクロホンユニットが間隔
dで直線状に配列される。以下、第1から第Nの無指向
性マイクロホンユニットを単に第1から第Nのマイクロ
ホンユニットと記すこととする。11〜14は第1から
第Nのアナログディジタル変換手段で、それぞれ第1の
マイクロホンユニット1から第Nのマイクロホンユニッ
ト4の後段に設けられる。15は2次元フィルタで第1
のアナログディジタル変換手段11ないし第Nのアナロ
グディジタル変換手段14からの出力信号を入力とす
る。16はディジタルアナログ変換手段で、2次元フィ
ルタ15の後段に設けられる。17は周波数特性補正手
段で、ディジタルアナログ変換手段16の後段に設けら
れる。18は出力端子である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A super directional microphone according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a super-directional microphone according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 to 3 are first to third omnidirectional microphone units, 4 is an Nth omnidirectional microphone unit, and the first omnidirectional microphone unit 1 to the Nth omnidirectional microphone unit. Up to the microphone unit 4, N omnidirectional microphone units are linearly arranged at an interval d. Hereinafter, the first to Nth omnidirectional microphone units are simply referred to as first to Nth microphone units. Reference numerals 11 to 14 denote first to N-th analog-to-digital converters, which are respectively provided at the subsequent stages of the first microphone unit 1 to the N-th microphone unit 4. 15 is a two-dimensional filter,
The output signals from the analog-to-digital converter 11 to the N-th analog-digital converter 14 are input. Numeral 16 denotes a digital-to-analog conversion means, which is provided after the two-dimensional filter 15. Reference numeral 17 denotes frequency characteristic correction means, which is provided at a stage subsequent to the digital-to-analog conversion means 16. 18 is an output terminal.
【0030】(図2)は本発明の第1の実施例における
超指向性マイクロホンの2次元フィルタ15の構成例を
示すものである。(図2)において、151から154
は第1から第Nの信号線で、それぞれ第1のアナログデ
ィジタル変換手段11から第Nのアナログディジタル変
換手段14からのものである。155から158は第1
から第NのFIRフィルタで、それぞれ第1の信号線1
51から第Nの信号線154の後段に設けられる。15
9は加算手段で第1のFIRフィルタ155から第Nの
FIRフィルタ158からの信号を加算する。160は
出力信号線で、加算手段159とディジタルアナログ変
換手段16の間の信号線である。FIG. 2 shows a configuration example of the two-dimensional filter 15 of the super-directional microphone according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 151 to 154
Denotes first to Nth signal lines from the first analog-to-digital converter 11 to the N-th analog-digital converter 14, respectively. 155 to 158 are the first
To the N-th FIR filter and the first signal line 1
It is provided at the subsequent stage from the 51st to the Nth signal line 154. Fifteen
Reference numeral 9 denotes an adding unit that adds the signals from the first FIR filter 155 to the Nth FIR filter 158. An output signal line 160 is a signal line between the adding means 159 and the digital-to-analog converting means 16.
【0031】(図3)は本発明の第1の実施例における
超指向性マイクロホンの2次元フィルタ15の通過域特
性例の2次元周波数平面における等高線表示である。こ
こで、2次元周波数平面の横軸は時間周波数f1 で縦軸
は空間周波数f2 である。図中の実線は(数6)が示す
通過領域を表したもので、b=0.028 としたときのもの
で、点線は(数9)に従ってθ=0゜(正面)方向から
到来する音波のスペクトルが現れる位置を示したもので
ある。FIG. 3 is a contour display on a two-dimensional frequency plane of a passband characteristic example of the two-dimensional filter 15 of the super-directional microphone according to the first embodiment of the present invention. Here, the horizontal axis of the two-dimensional frequency plane is the time frequency f1 and the vertical axis is the spatial frequency f2. The solid line in the figure represents the passing area indicated by (Equation 6), and is obtained when b = 0.028. The dotted line indicates the spectrum of the sound wave arriving from the direction of θ = 0 (front) according to (Equation 9). Indicates the position where appears.
【0032】以上のように構成された超指向性マイクロ
ホンについて、以下(図1)から(図4)を用いてその
動作を説明する。The operation of the super-directional microphone configured as described above will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
【0033】(図1)において、直線状に間隔dで配列
された第1のマイクロホンユニット1から第Nのマイク
ロホンユニット4は、それぞれ音波を電気信号に変換す
る。第1のアナログディジタル変換手段11から第Nの
アナログディジタル変換手段14は、それぞれ信号をデ
ィジタル値に変換する。第1のマイクロホンユニット1
から第Nのマイクロホンユニット4までのマイクロホン
ユニットの番号をnで表し、第1のアナログディジタル
変換手段11から第Nのアナログディジタル変換手段1
4で時間方向にサンプリングされた順番をmで表すと、
n番目のマイクロホンユニットからのm番目の時刻の信
号はx(m,n)という形で2次元信号となる。2次元
フィルタ15では、前記した2次元信号x(m,n)に
対して次式で示されるような畳み込み演算が行われる。In FIG. 1, the first to Nth microphone units 1 to 4 arranged linearly at an interval d convert sound waves into electric signals. The first to Nth analog-to-digital converters 11 to 14 convert the signals into digital values, respectively. First microphone unit 1
The number of the microphone unit from the first to the Nth microphone unit 4 is represented by n, and the first analog-to-digital converter 11 to the N-th analog-digital converter 1
If the order sampled in the time direction at 4 is represented by m,
The signal at the m-th time from the n-th microphone unit is a two-dimensional signal in the form of x (m, n). The two-dimensional filter 15 performs a convolution operation on the two-dimensional signal x (m, n) as represented by the following equation.
【0034】[0034]
【数10】 (Equation 10)
【0035】(図2)は、(数10)を一般によく用い
られるFIRフィルタで構成する例で、第1のFIRフ
ィルタ155から第NのFIRフィルタ158を(数1
0)を展開して表現すると、次式となる。(FIG. 2) is an example in which (Equation 10) is constituted by a generally used FIR filter. The first FIR filter 155 to the N-th FIR filter 158 are represented by (Equation 1).
When 0) is expanded and expressed, the following equation is obtained.
【0036】[0036]
【数11】 [Equation 11]
【0037】(数11)は第1項から順番に第1のFI
Rフィルタ155から第NのFIRフィルタ158に対
応する。この様に(図2)に示された構成は2次元フィ
ルタ15を構成する1つの手段として一般に用いられて
いる。本発明では、前記した(数10)のh(i,n) の持
つ振幅周波数特性の通過領域が(数6)に示す直線上に
あり、かつ、マイクロホンユニット間隔dと音速cに対
してサンプリング周波数fs を(数7)とすることを特
徴とするが、(数7)のようなサンプリング周波数fs
を設定すると、音波のスペクトルは横軸を時間周波数f
1 で縦軸を空間周波数f2 とした2次元周波数平面上
で、(数9)が示す直線上に現れ、直線の傾きは音波の
入射角度θによって異なる。(Equation 11) is the first FI in order from the first term.
It corresponds to the R filter 155 to the N-th FIR filter 158. Thus, the configuration shown in FIG. 2 is generally used as one means for configuring the two-dimensional filter 15. According to the present invention, the passing region of the amplitude frequency characteristic of h (i, n) in (Equation 10) is on the straight line shown in (Equation 6), and sampling is performed for the microphone unit interval d and sound speed c. It is characterized in that the frequency fs is represented by (Equation 7).
Is set, the horizontal axis represents the time frequency f
On the two-dimensional frequency plane where the vertical axis is the spatial frequency f2 in FIG. 1, it appears on a straight line represented by (Expression 9), and the inclination of the straight line varies depending on the incident angle θ of the sound wave.
【0038】(図3)は、b=0.028 のときの(数6)
で示される線上に通過領域特性を持つ2次元フィルタ1
5の振幅周波数特性と、(数9)で示される音波のスペ
クトルの位置のうちθ=0゜のときのものが点線で示さ
れているが、2次元フィルタ15の通過領域と正面方向
からの音波のスペクトルの位置関係は、規格化時間周波
数f1 が0のとき最も離れた位置にあり、f1 が0.5
(高音域)になるにつれて近づく。この様な設定の目的
は、指向性の鋭角化と周波数に対する指向性の均一化を
図ることにあり、そのようになる理由としては、正面方
向からの音波のスペクトル位置を2次元フィルタ15の
通過領域から予め外しておくことで、音波の到来方向が
θ=0゜からθが大となったときに音波のスペクトル位
置が直ちに2次元フィルタ15の阻止領域に入るように
なることから、指向性を鋭くできるからである。さら
に、正面方向の音波のスペクトル位置と2次元フィルタ
15の通過領域との距離を低音域ほど遠くすることによ
って、前記した効果を低音域ほど強く出すことができ
る。このようにして、全体として指向性を鋭くすると同
時に周波数に対する指向性の均一性を改善することがで
きる。さらに、正面方向の音波のスペクトル位置は高域
ほど通過領域に近づいているため、ディジタルアナログ
変換手段16からの出力信号は高音域強調の状態となる
が、これを周波数特性補正手段17で周波数特性を平坦
にすることで、ディジタルアナログ変換手段16から発
生される雑音の高域成分を抑圧することもできる。(図
4)はマイクロホンの全長が50cmのときの指向特性図
で、(a)がfs=c/d(1-2b)のときで、(b)がfs=c/d
のときである。FIG. 3 shows (Equation 6) when b = 0.028.
Two-dimensional filter 1 having passband characteristics on the line indicated by
5 and the position of θ = 0 ° among the positions of the spectrum of the sound wave represented by (Equation 9) are indicated by dotted lines. The positional relationship of the sound wave spectrum is at the farthest position when the normalized time frequency f1 is 0, and f1 is 0.5
(High range). The purpose of such setting is to make the directivity sharper and to make the directivity uniform with respect to frequency. This is because the spectral position of the sound wave from the front direction is passed through the two-dimensional filter 15. By removing from the area in advance, the spectrum position of the sound wave immediately enters the rejection area of the two-dimensional filter 15 when the arrival direction of the sound wave increases from θ = 0 ° to θ. Because it can be sharpened. Further, by making the distance between the spectral position of the sound wave in the front direction and the passing region of the two-dimensional filter 15 longer in the lower frequency range, the above-mentioned effect can be enhanced in the lower frequency range. In this way, the directivity can be sharpened as a whole, and the uniformity of the directivity with respect to the frequency can be improved. Further, the higher the frequency, the closer the spectral position of the sound wave in the front direction is to the pass band, so that the output signal from the digital-to-analog converting means 16 is in a state of emphasizing the high frequency range. Is flattened, it is also possible to suppress the high frequency component of the noise generated from the digital-to-analog converter 16. (FIG. 4) is a directional characteristic diagram when the total length of the microphone is 50 cm, (a) when fs = c / d (1-2b), and (b) when fs = c / d.
It is time.
【0039】以上のように本実施例によれば、直線状に
間隔dで配列された第1のマイクロホンユニット1から
第Nのマイクロホンユニット4と、第1のマイクロホン
ユニット1から第Nのマイクロホンユニット4からのア
ナログ出力信号をディジタルに変換する第1のアナログ
ディジタル変換手段11から第Nのアナログディジタル
変換手段14と、第1のアナログディジタル変換手段1
1から第Nのアナログディジタル変換手段14からの信
号を入力とする2次元フィルタ15と、2次元フィルタ
15の後段に設けられるディジタルアナログ変換手段1
6と、ディジタルアナログ変換手段16からの出力信号
の周波数特性を補正する周波数特性補正手段17から構
成され、規格化時間周波数をf1(-0.5≦f1≦0.5)、規
格化空間周波数をf2(-0.5≦f2≦0.5)とした2次元周
波数平面上で2次元フィルタ15の振幅周波数特性が
(数6)で示される線状領域に通過領域を持ち、かつ、
2次元フィルタ15の時間サンプリング周波数fs が
(数7)の範囲とすることにより、低音域から指向性を
有し、周波数に対する指向性の均一性の改善が行われ、
また、複数のマイクロホンユニットの出力信号を合成す
ることによる感度の上昇とディジタルフィルタによる高
精度な演算によって正面方向以外の感度の減衰量も大き
くとることができる。さらに、ディジタルアナログ変換
手段が発生する雑音の高音域部分を抑圧することができ
る。As described above, according to this embodiment, the first microphone unit 1 to the Nth microphone unit 4 and the first microphone unit 1 to the Nth microphone unit are linearly arranged at the interval d. A first analog-to-digital converter 11 to an N-th analog-digital converter 14 for converting the analog output signal from
A two-dimensional filter 15 to which signals from the first to N-th analog-to-digital converters 14 are input, and a digital-to-analog converter 1 provided at a subsequent stage of the two-dimensional filter 15
6 and frequency characteristic correction means 17 for correcting the frequency characteristic of the output signal from the digital-to-analog conversion means 16, wherein the normalized time frequency is f1 (-0.5≤f1≤0.5) and the normalized spatial frequency is f2 (- On the two-dimensional frequency plane where 0.5 ≦ f2 ≦ 0.5), the amplitude frequency characteristic of the two-dimensional filter 15 has a pass area in a linear area represented by (Equation 6), and
By setting the time sampling frequency fs of the two-dimensional filter 15 in the range of (Equation 7), directivity is obtained from a low frequency range, and uniformity of directivity with respect to frequency is improved.
Further, the sensitivity can be increased by synthesizing the output signals of the plurality of microphone units and the amount of attenuation of the sensitivity other than the front direction can be increased by the highly accurate calculation by the digital filter. Further, it is possible to suppress the high-frequency range portion of the noise generated by the digital-to-analog conversion means.
【0040】なお、上記実施例においては第1のマイク
ロホンユニット1から第Nのマイクロホンユニット4は
無指向性としたが、単一指向性や双指向性の指向性マイ
クロホンユニットを用いてもよい。In the above embodiment, the first microphone unit 1 to the Nth microphone unit 4 are omnidirectional, but unidirectional or bidirectional directional microphone units may be used.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上のように本発明は、直線状に間隔d
で配列された第1から第Nのマイクロホンユニットと、
第1から第Nのマイクロホンユニットからの信号を入力
とする2次元フィルタと、2次元フィルタの後段に設け
られた周波数特性補正手段を備え、2次元フィルタの振
幅周波数特性が規格化時間周波数f1(-0.5≦f1≦0.5)
と規格化空間周波数f2(-0.5≦f2≦0.5)で表現される
2次元周波数平面上で(数6)で示される線状領域に通
過領域を持ち、かつ、2次元フィルタの時間サンプリン
グ周波数fs を(数7)の範囲とすることにより、低音
域から指向性を有し、周波数に対する指向性の均一性の
改善が行われ、また、複数のマイクロホンユニットの出
力信号を合成することによる感度の上昇とディジタルフ
ィルタによる高精度な演算によって正面方向以外の感度
の減衰量も大きくとることができ、さらに、ディジタル
アナログ変換手段が発生する雑音の高音域部分を抑圧す
ることができる。As described above, according to the present invention, the distance d
First to Nth microphone units arranged in
A two-dimensional filter that receives signals from the first to Nth microphone units as inputs; and a frequency characteristic correction unit provided at a subsequent stage of the two-dimensional filter, and the amplitude frequency characteristic of the two-dimensional filter is a normalized time frequency f1 ( -0.5 ≦ f1 ≦ 0.5)
And a two-dimensional frequency plane represented by normalized spatial frequency f2 (-0.5≤f2≤0.5), which has a pass region in a linear region represented by (Equation 6), and a time sampling frequency fs of the two-dimensional filter. Is within the range of (Equation 7), the directivity is obtained from a low frequency range, the uniformity of directivity with respect to frequency is improved, and the sensitivity by combining output signals of a plurality of microphone units is improved. By the rise and the high-precision calculation by the digital filter, the attenuation of the sensitivity other than the front direction can be increased, and the high-frequency range portion of the noise generated by the digital-to-analog converter can be suppressed.
【図1】本発明の一実施例における超指向性マイクロホ
ンの構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a super-directional microphone according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例における2次元フィルタの構成
例FIG. 2 is a configuration example of a two-dimensional filter according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例における2次元フィルタの振幅
周波数特性と正面方向の音波のスペクトル位置を表す等
高線表示のグラフFIG. 3 is a graph showing a contour line representing an amplitude frequency characteristic of a two-dimensional filter and a spectrum position of a sound wave in a front direction in the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例における超指向性マイクロホン
の指向特性図FIG. 4 is a directional characteristic diagram of a super-directional microphone according to an embodiment of the present invention.
【図5】従来の超指向性マイクロホンの構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional super-directional microphone.
【図6】従来の超指向性マイクロホンの指向特性図FIG. 6 is a directional characteristic diagram of a conventional super-directional microphone.
1 第1のマイクロホンユニット 2 第2のマイクロホンユニット 3 第3のマイクロホンユニット 4 第Nのマイクロホンユニット 11 第1のアナログディジタル変換手段 12 第2のアナログディジタル変換手段 13 第3のアナログディジタル変換手段 14 第Nのアナログディジタル変換手段 15 2次元フィルタ 16 ディジタルアナログ変換手段 17 周波数特性補正手段 155 第1のFIRフィルタ 156 第2のFIRフィルタ 157 第3のFIRフィルタ 158 第NのFIRフィルタ 159 加算手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st microphone unit 2 2nd microphone unit 3 3rd microphone unit 4 Nth microphone unit 11 1st analog-digital conversion means 12 2nd analog-digital conversion means 13 3rd analog-digital conversion means 14th N analog-digital conversion means 15 two-dimensional filter 16 digital-analog conversion means 17 frequency characteristic correction means 155 first FIR filter 156 second FIR filter 157 third FIR filter 158 N-th FIR filter 159 addition means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−113998(JP,A) 特開 平2−205200(JP,A) 実開 昭56−57576(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-113998 (JP, A) JP-A-2-205200 (JP, A) JP-A-56-57576 (JP, U)
Claims (1)
のマイクロホンユニットと、前記第1ないし第Nのマイ
クロホンユニットからのアナログ出力信号をディジタル
値に変換する第1から第Nのアナログディジタル変換手
段と、前記第1から第Nのアナログディジタル変換手段
からの信号を入力とする2次元フィルタと、前記2次元
フィルタの後段に設けられるディジタルアナログ変換手
段と、前記ディジタルアナログ変換手段からの出力信号
の周波数特性を補正する周波数特性補正手段から構成さ
れ、規格化時間周波数をf1(-0.5≦f1≦0.5),規格化空
間周波数をf2(-0.5≦f2≦0.5) とした2次元周波数平
面で前記2次元フィルタの振幅周波数特性が次式で示さ
れる線状領域に通過領域を持ち、 【数1】 前記2次元フィルタの時間サンプリング周波数fs が次
式の範囲であることを特徴とする超指向性マイクロホ
ン。 【数2】 1. The first to N-th linearly arranged at intervals d.
Microphone units, first to N-th analog-to-digital converters for converting analog output signals from the first to N-th microphone units into digital values, and first to N-th analog-to-digital converters. A two-dimensional filter having a signal as an input, a digital-to-analog converting means provided at a stage subsequent to the two-dimensional filter, and a frequency characteristic correcting means for correcting a frequency characteristic of an output signal from the digital-to-analog converting means; A two-dimensional frequency plane where the time frequency is f1 (-0.5≤f1≤0.5) and the normalized spatial frequency is f2 (-0.5≤f2≤0.5) is a linear shape in which the amplitude frequency characteristic of the two-dimensional filter is expressed by the following equation. It has a passing area in the area, A super directional microphone, wherein the time sampling frequency fs of the two-dimensional filter is in the range of the following expression. (Equation 2)
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---|---|---|---|
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JPH05284591A JPH05284591A (en) | 1993-10-29 |
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1992
- 1992-04-03 JP JP8181892A patent/JP3047613B2/en not_active Expired - Fee Related
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