JP3101724B2 - マイクロホン装置 - Google Patents

マイクロホン装置

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JP3101724B2 JP27098892A JP27098892A JP3101724B2 JP 3101724 B2 JP3101724 B2 JP 3101724B2 JP 27098892 A JP27098892 A JP 27098892A JP 27098892 A JP27098892 A JP 27098892A JP 3101724 B2 JP3101724 B2 JP 3101724B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロホン装置に関
し、特に複数のマイクロホンを使用したマイクロホンア
レイに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、マイクロホンアレイには、例えば
図8に示すように、単一指向性マイクロホン10を複数
本、例えば3本を、その基準軸が互いに平行になるよう
に、間隔dを隔てて配置し、これらマイクロホン10の
各出力を加算器12によって加算するものがあった。
【0003】各単一指向性マイクロホン10が、(1+
cosθ)/2の指向性を有するものとすると(θは音
波の入射角(図8参照))、このマイクロホンアレイの
指向性は、次のようになる。即ち、入射角θで平面波が
入射しているとき、各マイクロホン10の設置位置での
音圧には、図8に示すようにd・sinθの整数倍の距
離による位相差が生じている。各マイクロホン10の感
度は全て等しいとし、各マイクロホン10の出力端子に
現れる電圧をP、平面波の波長定数をkとすると、加算
器12に生じる総合出力Φ(θ)は、数1で表される。
【0004】
【数1】
【0005】数1の級数部分のみを計算すると、数2と
なる。
【0006】
【数2】
【0007】従って、総合出力Φ(θ)は、数3で表さ
れる。
【0008】
【数3】
【0009】正面から平面波が入射した場合(θ=0)
の総合出力Φ(0)は、数4で表されるが、これを基準と
して指向特性Rを表すと定めると、Rは数5で表され
る。
【0010】
【数4】
【数5】
【0011】さらに、各マイクロホン10は、単一指向
性であることから、Pは入射角θに応じて(1+cos
θ)/2に従って変化するので、図8のマイクロホンア
レイの指向特性は数6で表される。
【0012】
【数6】
【0013】
【発明が解決しようとする課題】数6からも明らかなよ
うに、このマイクロホンアレイでは、θ=90°の場合
に対して、感度は恒等的に零にならない。従って、θ=
90°の方向からのノイズを収音しやすいという問題点
があった。また、数6中の波長定数kは、入射する音波
の周波数によって変化するが、間隔dは一定である。従
って、図9に示すように、入射する音波の周波数の変化
に応じて指向特性が変化し、広い周波数帯域にわたっ
て、安定した狭指向特性を得ることができないという問
題点があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の各問題
点を解決するためになされたもので、互いの基準軸がほ
ぼ平行となる状態に、複数の音圧二次傾度マイクロホン
を配置し、これら音圧二次傾度マイクロホンの周波数特
性とほぼ相補な周波数特性を有する複数のイコライザ手
段に、各音圧二次傾度マイクロホンの出力信号をそれぞ
れ供給し、これらイコライザ手段の出力信号を加算手段
によって加算するものである。上記各音圧二次傾度マイ
クロホンのうち中央に位置するものと上記加算手段との
間にハイパスフィルタを設けることができる。或いは、
上記各音圧二次傾度マイクロホンのうち両端部に位置す
るものと上記加算手段との間にローパスフィルタを設け
ることもできる。
【0015】
【作用】本発明で使用している音圧二次傾度マイクロホ
ンは、2本の単一指向性マイクロホンを、これらの基準
軸がほぼ一致するように基準軸方向に間隔を隔てて配置
し、これらマイクロホンの出力信号の偏差を得るもので
ある。従って、基準軸に対して直角な方向(入射角=9
0°)からの音波は、位相の遅れがなく、各マイクロホ
ンに入射される。従って、これらマイクロホンの出力信
号の偏差を求めると、入射角90°からの音波は互いに
打ち消しあう。その結果、入射角90°に対する感度を
零にすることができる。
【0016】また、音圧二次傾度マイクロホンは、基準
軸方向に間隔を隔ててマイクロホンが配置されているの
で、特定の周波数特性を有しているが、この周波数特性
とほぼ相補な周波数特性を有するイコライザ手段に、音
圧二次傾度マイクロホンの出力信号を入力することによ
って、音圧二次傾度マイクロホンの周波数特性を広い周
波数帯域にわたって平坦にしている。なお、音圧二次傾
度マイクロホンを複数本用いているのは、アレイ状に配
することによって指向性を狭指向性とするためと、正面
方向(入射角θ=0°)の感度を上げるためである。さ
らに、各音圧二次傾度マイクロホンの中央のものの出力
をハイパスフィルタに入力するようにした場合、低域で
は両端の音圧二次傾度マイクロホンの出力のみが合成さ
れるので、低域で鋭い指向性パターンが得られる。ま
た、各音圧二次傾度マイクロホンの両端のものの出力を
ローパスフィルタに入力するようにした場合、高域にお
いては中央の音圧二次傾度マイクロホンの出力のみが出
力されるので、高域で指向性パターン上の極端なサイド
ローブが生ずることはない。
【0017】
【実施例】この実施例は、例えば会議場の各机に配置す
るもので、図1に示すように、3組の音圧二次傾度マイ
クロホン14、16、18を有している。これら音圧二
次傾度マイクロホン14、16、18は、同一の構成で
あるので、図2を参照して、音圧二次傾度マイクロホン
14についてのみ詳細に説明する。
【0018】図2に示すように、音圧二次傾度マイクロ
ホン14は、2本の単一指向性マイクロホン20、22
を有している。これら単一指向性マイクロホン20、2
2は、いずれも指向性が(1+cosθ)/2で表され
るもので、それぞれの基準軸25、26が一致するよう
に、基準軸方向に間隔D、例えば約27mmを隔てて配
置されている。これら単一指向性マイクロホン20、2
2の出力信号は、加算器24に供給され、両者の差が出
力される。
【0019】この音圧二次傾度マイクロホン14では、
マイクロホン20、22に、これらの基準軸25、26
に対して真横(入射角θ=90°)の方向から平面波の
音波が入射した場合、基準軸25、26が一致している
ので、各マイクロホン20、22の位置での音圧には、
なんら位相差が生じていない。従って、両者の出力の差
を加算器24で求めると、入射角90°に対して感度が
零となる。図3は、周波数1KHzにおける音圧二次傾
度マイクロホン14の指向特性を示したもので、これか
らも入射角90°に対して感度が零であり、従来のマイ
クロホンアレイよりも鋭い指向性パターンとなっている
ことが明らかである。
【0020】このような音圧二次傾度マイクロホン1
4、16、18を、これらを構成している単一指向性マ
イクロホン20、22の基準軸がほぼ平行となるよう
に、間隔d、例えば300mmを隔てて配置してある。
従って、これら音圧二次傾度マイクロホン14、16、
18の出力信号を合成したものは、各周波数において、
例えば図4に示すように、入射角90°に対して感度が
零となる。なお、低域でより鋭い指向性パターンを得る
ようにするために、図1に示すように中央部の音圧二次
傾度マイクロホン16の出力にハイパスフィルタ38を
作用させ、低域においては両端の音圧二次傾度マイクロ
ホン14、18の出力のみを合成するようにしている。
また、高域で指向性パターン上の極端なサイドローブが
生ずることを防止するために、図1に示すように両端部
の音圧二次傾度マイクロホン14、18の出力にローパ
スフィルタ36、40を作用させて、高域においては両
端の音圧二次傾度マイクロホン14、18の出力が合成
されないようにしている。このようにローパスフィルタ
36、40、ハイパスフィルタ38を用いることによ
り、図4に示すように低域から高域までほぼ均一な指向
性パターンを得ることができる。
【0021】しかし、各音圧二次傾度マイクロホン1
4、16、18を構成している単一指向性マイクロホン
20、22は、基準軸25、26の方向に距離Dを隔て
て配置されているので、正面方向から入射する音波に対
しては、マイクロホン20、22の位置での音圧には位
相差が生じている。従って、入射する音波の周波数によ
って、図5に示すように、音圧二次傾度マイクロホン1
4、16、18の正面感度は、異なったものとなる。例
えば、この実施例では、Dを27mmに選択しているの
で、12.6kHzでディップが生じ、感度が大きく低
下している。なお、Dを27mmとしているのは、次の
理由による。Dを大きくすればする程、低い周波数でも
指向性を持たせることができるが、Dを大きくするにつ
れて、ディップの生じる周波数が低くなる。一般に音声
の帯域は、最高で10kHz程度の成分を含むので、こ
の程度までの周波数成分を充分に収音するため、距離を
27mmとして、ディップが12.6kHzに生じるよ
うにしている。
【0022】このような音圧二次傾度マイクロホン1
4、16、18の出力を、例えば図6に示すような、音
圧二次傾度マイクロホン14の正面感度周波数特性とほ
ぼ相補な周波数特性を有するイコライザ28、30、3
2に入力すると、各音圧二次傾度マイクロホン14、1
6、18の正面感度周波数特性は、それぞれ図7に示す
ように広い周波数帯域にわたってほぼ平坦な周波数特性
となる。このような平坦な周波数特性とされた各音圧二
次傾度マイクロホンとイコライザの総合の出力信号を加
算器34で加算することによって、広い周波数帯域で安
定した狹指向性のマイクロホン装置を得ることができ
る。
【0023】なお、音圧二次傾度マイクロホン14、1
6、18の間隔dを300mmとしたのは、次の理由に
よる。間隔dを大きくすればする程、低い周波数でも指
向性を持たせることができるが、このマイクロホン装置
は、会議場等において机上に設置されるものであるの
で、各音圧二次傾度マイクロホン14、16、18を机
上に並べて、机の幅に収まる程度にしようとすると、両
端のマイクロホン14、18の間隔を600mm程度に
する必要がある。従ってdは300mmに選択してあ
る。
【0024】また、上記の実施例では、音圧二次傾度マ
イクロホンは、3組設けたが、この組数は任意に増加す
ることができる。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、音圧二
次傾度マイクロホンを用いて、マイクロホンアレイを構
成している。従って横方向、即ち正面に対して90°の
方向に対して感度を零とすることができるので、周囲雑
音を収音することがない。しかも、この音圧二次傾度マ
イクロホンの正面感度周波数特性をイコライザを用い
て、平坦としているので、広い周波数帯域にわたって安
定した狭指向性を得ることができる。そして、このよう
に横方に感度が零であって、周波数特性を平坦化した音
圧二次傾度マイクロホンを複数組、使用してマイクロホ
ンアレイを構成しているので、音圧二次傾度マイクロホ
ンを単体で使用した場合よりも鋭い指向性パターンを有
するものとすることができ、例えば会議場の各机上に設
けるマイクロホン装置として適したものを得ることがで
きる。また、各音圧二次傾度マイクロホンの中央のもの
の出力をハイパスフィルタに入力するようにしているの
で、低域では両端の音圧二次傾度マイクロホンの出力の
みが合成されるので、低域で鋭い指向性パターンが得ら
れる。また、各音圧二次傾度マイクロホンの両端のもの
の出力をローパスフィルタに入力するようにしているの
で、高域においては中央の音圧二次傾度マイクロホンの
出力のみが出力され、高域で指向性パターン上の極端な
サイドローブが生ずることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマイクロホン装置の1実施例のブ
ロックダイアグラムである。
【図2】同実施例に使用する音圧二次傾度マイクロホン
のブロックダイアグラムである。
【図3】図2の音圧二次傾度マイクロホンの指向性パタ
ーンを示す図である。
【図4】この実施例のように各音圧二次傾度マイクロホ
ンを配置して各マイクロホンの出力を合成した場合の指
向性を示す図である。
【図5】図2の音圧二次傾度マイクロホンの正面感度周
波数特性を示す図である。
【図6】本実施例で使用するイコライザの周波数特性を
示す図である。
【図7】図2の音圧二次傾度マイクロホンの出力が入力
された図6のイコライザの出力の周波数特性を示す図で
ある。
【図8】従来のマイクロホン装置のブロックダイアグラ
ムである。
【図9】図8のマイクロホン装置の指向性を示す図であ
る。
【符号の説明】
14、16、18 音圧二次傾度マイクロホン 28、30、32 イコライザ 34 加算器 36、40 ローパスフィルタ 38 ハイパスフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−66297(JP,A) 実開 昭56−56289(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 3/00 320 H04R 1/40 320

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いの基準軸がほぼ平行となる状態に配
    置された複数の音圧二次傾度マイクロホンと、これら音
    圧二次傾度マイクロホンの周波数特性とほぼ相補な周波
    数特性を有し上記各音圧二次傾度マイクロホンの出力信
    号がそれぞれ供給される複数のイコライザ手段と、これ
    らイコライザ手段の出力信号を加算する加算手段と、上
    記各音圧二次傾度マイクロホンのうち中央に位置するも
    のと上記加算手段との間に設けられたハイパスフィルタ
    とを、備えたマイクロホン装置。
  2. 【請求項2】 互いの基準軸がほぼ平行となる状態に配
    置された複数の音圧二次傾度マイクロホンと、これら音
    圧二次傾度マイクロホンの周波数特性とほぼ相補な周波
    数特性を有し上記各音圧二次傾度マイクロホンの出力信
    号がそれぞれ供給される複数のイコライザ手段と、これ
    らイコライザ手段の出力信号を加算する加算手段と、上
    記各音圧二次傾度マイクロホンのうち両端部に位置する
    ものと上記加算手段との間に設けられたローパスフィル
    タとを、備えたことを特徴とする請求項1記載のマイク
    ロホン装置。
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JP5940366B2 (ja) * 2011-05-09 2016-06-29 日本放送協会 収音マイクロホンシステム

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