JP6649787B2 - 集音装置 - Google Patents

Description

本発明は、集音装置に関する。

従来より、複数のそれぞれ異なる環境に位置する集音対象に指向させたマイクロフォンの指向性を前記環境に応じて切替えて集音する集音装置において、前記マイクロフォンとして、音圧により振動する振動板と、前記振動板に光ビームを照射する光源と、前記振動板に照射された前記光ビームの反射光を受光し前記振動板の振動に対応する信号を出力する光検出器と、前記光源に所定電流を供給するよう駆動する光源駆動回路と、前記光検出器から出力される前記信号を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備する光マイクロフォンを用い、前記環境に応じて前記負帰還回路の負帰還量を切替えることを特徴とする集音装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１１９７８５号公報

しかしながら、従来の集音装置は、集音対象に指向させたマイクロフォンの指向性を環境に応じて切替える必要があった。

このため、集音時に指向させた方向以外の音声を取得することはできず、例えば、集音後に音声信号を編集するような場合に、集音時の指向方向とは異なる方向の音声を得ることはできなかった。

そこで、全方位における立体的な音声を集音できる集音装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の集音装置は、第１の直径を有する第１の円周上に、互いに第１の間隔を隔てて、前記第１の円周の半径方向に向けて配設される複数の第１マイクと、前記複数の第１マイクよりも高い位置において、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する第２の円周上に、互いに第２の間隔を隔てて、前記第２の円周の半径方向とは異なる方向に向けて配設される複数の第２マイクとを含み、前記第１の円周と前記第２の円周は、中心軸が伸延する方向から見て同心円状に配置されており、前記第２マイクは、前記第１マイクよりも高音域を集音し、前記中心軸の位置にマイクを有しない。

全方位における立体的な音声を集音できる集音装置を提供することができる。

実施の形態の集音装置１００を示す図である。 集音部１１２と１２２が集音する周波数帯域を示す図である。 集音部１１２と１２２が集音する周波数帯域を示す図である。

以下、本発明の集音装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の集音装置１００を示す図である。

集音装置１００は、基部１０１、マイク１１０、マイク１２０、固定部１３１、１３２、及びステー１４０を含む。集音装置１００は、全方位における立体的な音声信号を集音する集音装置である。一例として、集音装置１００で得られる音声信号は、２２．２チャンネルの音響制作に利用できるものである。

ここで、立体的な音声信号とは、ステレオの音声信号を構築する２チャンネルの音声信号のように、視聴者にとって前方から聞こえる音声ではなく、視聴者を前後左右又は上方から囲むように、三次元的に聞こえる音声を表す音声信号である。２２．２チャンネルの音声信号は、立体的な音声信号の一例である。また、全方位とは、特定の指向方向に限られることなく、前後、左右、上下のすべての方向である。

２２．２チャンネルの音源は、視聴者を囲む空間において、前後方向では視聴者の前方（フロント）、側方（サイド）、後方（バック）に分けて配置され、上下方向では上層（トップ層）、中層（ミドル層）、下層（ボトム層）の３層に分けて配置されるため、視聴者にとって音声が全方位から立体的（三次元的）に提供される。

集音装置１００は、基本的に、図１に示すように、マイク１１０を下側に位置させ、マイク１２０を上側に位置させた状態で用いる。このため、以下では、図１に示す集音装置１００の姿勢において、上下関係を説明する。

基部１０１は、マイク１１０と１２０を保持するために設けられている部材である。基部１０１は、集音装置１００の骨格のメインになる部分である。ここでは、一例として、基部１０１は、円筒状の部材である。

基部１０１の下側には、放射状に８つのマイク１１０が取り付けられており、基部１０１の上端には、上方に伸延するように８つのマイク１２０が取り付けられている。

マイク１１０は、８つあり、基部１０１の下側から放射状に延在している。各マイク１１０は、支持部１１１、集音部１１２、及びカバー１１３を有する。８つのマイク１１０は、すべて同一の構成を有する。

支持部１１１は、棒状の部材であり、基部１０１の径方向に延在している。８つの支持部１１１は、固定部１３１によって固定されている。８つの支持部１１１は、互いに等間隔で配置されるため、隣り合う２つの支持部１１１同士がなす角度は４５度である。支持部１１１の先端には、集音部１１２が設けられている。

集音部１１２は、音声を集音し、電気信号（音声データ）に変換する部分であり、マイクヘッドである。集音部１１２は、音声を集音し、音声データを出力する。

８つの集音部１１２は、円筒状の基部１０１の径方向外側を向いて、直径が２００ｍｍの円周上に等間隔で配置されている。８つの集音部１１２が等間隔で配置される円周の中心軸は、基部１０１の円筒形状の中心軸と一致している。

８つの集音部１１２の配置は、マイク１１０でマイク１２０よりも低い周波数帯域の音声データが得られるように決められている。周波数が低いと波長が長くなるため、隣り合う２つの集音部１１２同士の間隔は、隣り合う２つの集音部１２２同士の間隔よりも広くなっている。

音源から発生される音声を８つの集音部１１２で集音する際には、８つの集音部１１２のうち、音源に最も近い集音部１１２が最も早く音声を集音し、音源からの距離に応じて順次音声を集音する。このようにして得る音声データに基づき、８つの集音部１１２に対して音源が位置する方向を特定することができる。すなわち、８つの集音部１１２で集音すると、音源の方向を特定できる。これは、集音装置１００が指向性を有することを意味する。

集音部１１２は、カバー１１３で覆われている。カバー１１３は、集音部１１２が集音する際に、風切り音が生じないようにするために設けられており、スポンジのような多孔質の部材、又は、起毛状の部材で構成される。

このような構成により、８つのマイク１１０は、集音部１１２が基部１０１の円筒と同心円状に配置される直径が２００ｍｍの円周上において互いに等間隔で位置するように、基部１０１に対して固定されている。直径が２００ｍｍは、人間の両耳の間隔に近い値である。

人間は両耳に届く音の大きさの差ばかりでなく、両耳の間隔に依存した位相差に敏感に反応する特長があることが分かっている。集音装置１００は、この点に注目して、耳の間隔である１８〜２４cmに近いものとして、８つのマイク１１０を直径が２００ｍｍの円周上に配置した。

なお、集音部１１２には、コード１１２Ａが接続されている。コード１１２Ａは、支持部１１１及び基部１０１に沿って、ステー１４０に向かって引き延ばされている。このため、８つの集音部１１２で集音して得られる８つの音声データは、８本のコード１１２Ａによって、集音装置１００が接続されるアンプ等の外部の装置に取り出される。

マイク１２０は、８つあり、基部１０１の上面から上方に延在している。各マイク１２０は、支持部１２１、集音部１２２、及びカバー１２３を有する。８つのマイク１２０は、すべて同一の構成を有する。

支持部１２１は、棒状の部材であり、基部１０１の上面から上方に向かって延在している。８つの支持部１２１の下方の部分は、固定部１３２によって固定されている。８つの支持部１２１は、互いに等間隔で配置される。支持部１２１の先端（上端）には、集音部１２２が設けられている。集音部１２２は、集音部１１２よりも１５０ｍｍ上方に位置する。

集音部１２２は、音声を集音し、電気信号（音声データ）に変換する部分であり、マイクヘッドである。集音部１２２は、音声を集音し、音声データを出力する。

８つの集音部１２２は、すべて、円筒状の基部１０１の上面から上方を向くようにして、直径が５０ｍｍの円周上に等間隔で配置されている。８つの集音部１２２が等間隔で配置される円周の中心軸は、基部１０１の円筒形状の中心軸と一致している。

８つの集音部１２２の配置は、マイク１２０でマイク１１０よりも高い周波数帯域の音声データが得られるように決められている。周波数が高いと波長が短くなるため、隣り合う２つの集音部１２２同士の間隔は、隣り合う２つの集音部１１２同士の間隔よりも狭くなっている。このため、８つの集音部１２２が配置される円周の直径は、８つの集音部１１２が配置される円周の直径よりも小さい。

集音部１２２は、カバー１２３で覆われている。カバー１２３は、集音部１２２が集音する際に、風切り音が生じないようにするために設けられており、スポンジのような多孔質の部材、又は、起毛状の部材で構成される。

このような構成により、８つのマイク１２０は、集音部１２２が基部１０１の円筒と同心円状に配置される直径が５０ｍｍの円周上において互いに等間隔で位置するように、基部１０１に対して固定されている。

ここで、８つの集音部１２２を集音部１１２よりも１５０ｍｍ上方に位置させ、かつ、直径が５０ｍｍの円周上に等間隔で配置したのは、人間の頭蓋骨のサイズを参考にしたためである。人間は、鼓膜で集音するだけでなく、頭蓋骨に伝達される音声も集音する。集音装置１００は、この点に注目して、集音部１２２を集音部１１２よりも１５０ｍｍ上方に位置させた。なお、１５０ｍｍという数値は一例であり、例えば、１００ｍｍから１５０ｍｍ程度であればよい。

なお、集音部１２２には、コード１２２Ａが接続されている。コード１２２Ａは、支持部１２１及び基部１０１に沿って、ステー１４０に向かって引き延ばされている。

固定部１３１は、８つのマイク１１０の位置を固定するために設けられている、円環状の部材である。固定部１３１には、円周方向において等間隔に、径方向に貫通する８つの孔部が設けられており、８つの支持部１１１は、それぞれ、８つの孔部を貫通するように設けられている。固定部１３１は、基部１０１の外周面に固定されている。このような固定部１３１により、８つの支持部１１１が固定され、８つの集音部１１２の位置が固定されている。

固定部１３２は、８つのマイク１２０の位置を固定するために設けられている、円環状の部材である。固定部１３２の内周面には、８つの支持部１２１の下端側が接着等によって固定されている。固定部１３２が、８つの支持部１２１の下端側に固定されることにより、８つの支持部１２１が固定され、８つの集音部１２２の位置が固定されている。

ステー１４０は、基部１０１の下側に接続されており、集音装置１００を三脚や他の装置等に固定するために設けられている。

図２及び図３は、集音部１１２と１２２が集音する周波数帯域を示す図である。

図２に示すように、集音部１１２が集音する周波数帯域は、一例として、２０Ｈｚから５ｋＨｚである。また、集音部１２２が集音する周波数帯域は、一例として、３ｋＨｚから２０ｋＨｚである。集音部１１２が集音する周波数帯域と、集音部１２２が集音する周波数帯域とは、３ｋＨｚから５ｋＨｚの間でクロスオーバーしている。

集音部１１２が集音する音声データの周波数帯域は、８つの集音部１１２の位置関係によって決まる。８つの集音部１１２が配置される円周の直径を小さくすると、集音部１１２が集音する周波数帯域は、周波数が高い方にシフトする。図３には、集音部１１２が集音する周波数帯域が図２よりも高周波数側にシフトした場合の集音部１１２と１２２が集音する周波数帯域を示す。図２と図３では、集音部１２２が集音する周波数帯域は同一である。

図２と図３で、集音部１２２が集音する周波数帯域が同一であるのは、図２と図３の周波数帯域を求める条件において、８つの集音部１２２の位置関係が同一であるからである。

上述のように、下側の８つのマイク１１０で低周波数側の音声データを取得し、上側の８つのマイク１２０で高周波数側の音声データを取得するため、集音装置１００は、全方位における立体的な音声を集音することができる。

２２．２チャンネルに含まれる２２個のスピーカは、視聴者を囲む空間における上下方向において、上層（トップ層）、中層（ミドル層）、下層（ボトム層）の３層に分けて配置されている。また、２２個のスピーカは、視聴者を囲む空間において、前後方向に、前方（フロント）、側方（サイド）、後方（バック）の３つの位置に分けて配置されている。ここで、前とは、視聴者が向く方向であり、スクリーンやディスプレイが設置される側である。また、２２．２チャンネルに含まれる２つのサブウーハーは、左右前方の下層（ボトム層）に配置される。

このような２２．２チャンネルにおいて、２２個のスピーカから出力する音声信号は、上方に設置されたスピーカーほど低域成分のレベルを低下した音声信号にし、前方の下方に置かれたスピーカーほど高域成分のレベルを低下させることにより、視聴者が直感的に自然界で聴く音声と違和感を感じないようにできることが、実験結果によって実証されている。

ところで、このような音声信号を取得するには、１つのマイクでは実現が極めて困難であり、複数のマイクを用いても、マイクの数や配置を決めるのは極めて困難である。

これに対して、実施の形態の集音装置１００は、下側の８つのマイク１１０で低周波数側の音声データを取得し、上側の８つのマイク１２０で高周波数側の音声データを取得している。

また、下側の８つのマイク１１０と、上側の８つのマイク１２０との高さ方向における位置の違いにより、下側の８つのマイク１１０で取得する音声データと、上側の８つのマイク１２０で取得する音声データとには位相差が生じることになる。

このように、下側の８つのマイク１１０で低周波数側の音声データを取得し、上側の８つのマイク１２０で高周波数側の音声データを取得し、かつ、下側の８つのマイク１１０で取得するの音声データと、上側の８つのマイク１２０で取得する音声データとに位相差があることにより、集音装置１００で得られる１６個の音声データを用いて、２２．２チャンネル用の２４個の音声信号を容易に得ることができる。

集音装置１００は、上述のようなマイク１１０と１２０の配置によって、２２．２チャンネルの音響制作に容易に利用することができ、前方のスクリーンやディスプレイの映像を見る視聴者にとって、自然な音声信号を取得することができる。このように、集音装置１００は、全方位における立体的な音声の集音を可能にしている。

以上のような理由から、集音装置１００では、全方位における立体的な音声を集音するために、８つのマイク１１０と、８つのマイク１２０を含んでいる。

そして、上方に位置する集音部１２２が集音する周波数帯域を、下方に位置する集音部１１２が集音する周波数帯域よりも高い周波数帯域に設定している。

さらに、立体的な音声を集音するために、下側の８つのマイク１１０と、上側の８つのマイク１２０との高さ方向における位置が異なるようにすることにより、下側の８つのマイク１１０で取得する音声データと、上側の８つのマイク１２０で取得する音声データとに位相差を持たせている。

以上、実施の形態によれば、全方位における立体的な音声を集音できる集音装置１００を提供することができる。

また、８つの集音部１１２と、８つの集音部１２２とを用いて得られる音声データを用いて信号処理を行うと、任意の方向において、水平方向における指向性が２度という極めて狭い範囲の音声信号を抽出することができる。

なお、以上では、一例として、８つのマイク１１０を用いる形態について説明したが、マイク１１０は平面的に対称に配置されていて、マイク１２０よりも低い所定の周波数帯域の音声データが得られるのであれば、８つよりも少なくても多くてもよい。また、マイク１１０の数は、マイク１２０の数と異なっていてもよい。

また、以上では、８つのマイク１２０を用いる形態について説明するが、マイク１２０は平面的に対称に配置されていて、マイク１１０よりも高い所定の周波数帯域の音声データが得られるのであれば、８つよりも少なくても多くてもよい。また、マイク１２０の数は、マイク１１０の数と異なっていてもよい。

また、以上では、８つの集音部１２２が配置される円周の直径が、８つの集音部１１２が配置される円周の直径よりも小さい形態について説明した。しかしながら、集音部１２２の数がさらに多く、Ｎ個（Ｎは８より大きい整数）ある場合には、Ｎ個の集音部１２２が配置される円周の直径が、８つの集音部１１２が配置される円周の直径以上になる場合が有り得る。

また、以上では、集音装置１００が円筒状の基部１０１を含む形態について説明したが、上述のようなマイク１１０と１２０の配置を実現できるのであれば、基部１０１は、どのような構成及び材質であってもよい。

また、以上では、マイク１１０と１２０が棒状の支持部１１１と１２１を有する形態について説明したが、上述のような集音部１１２と１２２の配置を実現できるのであれば、支持部１１１と１２１は、どのような構成及び材質であってもよい。

また、以上では、固定部１３１で８つのマイク１１０の位置を固定し、固定部１３２で８つのマイク１２０の位置を固定する形態について説明した。しかしながら、固定部１３１及び１３２の構成は、上述した構成に限られるものではない。８つのマイク１１０と８つのマイク１２０の位置を固定できるのであれば、固定部１３１及び１３２の構成及び材質は、どのようなものであってもよい。この場合に、８つのマイク１１０と８つのマイク１２０の位置を固定するために、固定部１３１及び１３２を用いなくてもよい。

また、以上では、立体的な音声信号が２２．２チャンネルの音声信号である形態について説明したが、５．１チャンネルや７．１チャンネル等であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の集音装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００ 集音装置
１０１ 基部
１１０ マイク
１１１ 支持部
１１２ 集音部
１１３ カバー
１２０ マイク
１２１ 支持部
１２２ 集音部
１２３ カバー
１３１、１３２ 固定部
１４０ ステー

Claims (4)

1. 第１の直径を有する第１の円周上に、互いに第１の間隔を隔てて、前記第１の円周の半径方向に向けて配設される複数の第１マイクと、
   前記複数の第１マイクよりも高い位置において、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する第２の円周上に、互いに第２の間隔を隔てて、前記第２の円周の半径方向とは異なる方向に向けて配設される複数の第２マイクとを
   含み、
   前記第１の円周と前記第２の円周は、中心軸が伸延する方向から見て同心円状に配置されており、
   前記第２マイクは、前記第１マイクよりも高音域を集音し、
   前記中心軸の位置にマイクを有しない、集音装置。
2. 前記複数の第２マイクの配置と、前記複数の第１マイクの配置により、前記第２マイクは、前記第１マイクよりも高音域を集音するように構成される、請求項１記載の集音装置。
3. 前記第１マイクの数と、前記第２マイクの数とは異なる、請求項１又は２記載の集音装置。
4. 前記第１マイクが集音する音の第１周波数帯と、前記第２マイクが集音する音の第２周波数帯とは、重複する帯域を有する、請求項１乃至３のいずれか一項記載の集音装置。