JP6663298B2 - 二方向狭指向性マイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、音響管を使用する狭指向性マイクロホンの技術に関し、特に、直線二方向に狭指向性で分離収音可能とする二方向狭指向性マイクロホンに関する。

近年、スピーカを３次元的に配置するマルチチャンネル音響システムが開発されている。このマルチチャンネル音響システムでは、スピーカの方向に応じた音を収録する必要がある。このため、通常、再生するスピーカに対応したマイクロホンを、収音する音場の空間内に設置する技法がとられる。このとき、各スピーカから再生する音に対し相互の分離を確保するため、その音場の空間内で互いに十分な距離を離して多数のマイクロホンを設置する必要がある。この場合、マイクロホンが空間内の広い範囲に分布し、機動性に問題が多いうえ、マイクロホンの設置位置に制約の多い番組中継で用いることは極めて困難である。

そこで、再生するスピーカの方向に指向性を向けた複数の狭指向性マイクロホン（ショットガンマイクロホン）よりなるマイクロホンアレイを構成し、このマイクロホンアレイを収音する音場の空間内の１点に配置することで、設置位置の制約を緩和し設置効率を改善する技法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

尚、通常の狭指向性マイクロホンは、音響管とマイクロホンカプセル（受音素子）を組み合わせにより狭指向性を示すマイクロホンとして構成され、例えば音響管の長さ等を工夫して背面感度を抑圧するよう構成した狭指向性マイクロホンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５２６８７１３号公報

佐々木，西口，小野、"音場の逆フィルタ処理に基づくマルチチャンネルワンポイントマイクロホンについて〜指向性マイクロホン素子による検討〜"，日本音響学会講演論文集、3-6-8、2015年9月、PP.577-578

非特許文献１に開示されるマイクロホンアレイは、例えば図４に示すように、８チャンネル分（８個のスピーカ分）の収音を目的としており、支軸２０を中心に８本の狭指向性マイクロホン（ショットガンマイクロホン）１０‐１〜１０‐８（個々について「狭指向性マイクロホン１０」と称する）を８個のスピーカに向けて放射状に配置し、各狭指向性マイクロホン１０を支持部材３０で支持するよう構成される。

即ち、非特許文献１に開示されるマイクロホンアレイでは、収音するチャンネル数分の複数のショットガンマイクロホンを使用して収音装置を構成している。

従来技術における典型的な狭指向性マイクロホン１０の構成を図５に示している。図５（ａ）は狭指向性マイクロホン１０の概略構成を示す透視斜視図であり、図５（ｂ）はその断面図である。

従来技術における狭指向性マイクロホン１０は、１本の音響管１３の一端側にマイクロホンカプセル（受音素子）１２が設けられ、当該音響管１３の長手方向の両側面に、それぞれ例えば丸孔状（又は四角孔状でもよい）の複数のスリット１４ａ，１４ｂよりなる２列のスリット列が位相干渉用の開口として設けられる。尚、本例では、音響管１３の手前側の側面にスリット１４ａ（模式的にここでは実線の丸孔で示す）が設けられ、尚且つ、奥側の側面にもスリット１４ｂ（模式的にここでは点線の丸孔で示す）が設けられている例を示しているが、複数のスリット１４ａ（又は１４ｂ）よりなる一列のスリット列とする形態もある。

収音方向の音波が当該狭指向性マイクロホン１０における音響管１３の長手方向に沿って到来すると、この音波は当該複数のスリット１４ａ（又は１４ｂ）から位相干渉を作用させて音響管１３内へと進入し、受音素子１２へと進行する。そして、受音素子１２によりこの位相干渉を経て得られる音波を受波して電気信号に変換するようになっている。実際には、図示を省略しているが音響管１３の周囲壁面に紙などの音響抵抗を貼ることにより、複数のスリット１４ａ（又は１４ｂ）の作用で受音素子１２により正面から到来する音波は同位相で加算、側面から到来する音波は位相差がついて互いに打ち消し合うようになり、正面方向（音波の到来方向）に強い指向性を有するものとなる。

ところで、２２．２マルチチャンネル音響をはじめとする、近年のマルチチャンネル音響システムは、８チャンネルのような以前の音響システムと比較してチャンネル数が多く、マイクロホンの数も多数必要となる。特にショットガンマイクロホンを使用する場合、１本あたりの長さも長いため、マイクロホンアレイとして規模が大きくなり、収音装置として構成されるその装置全体の機動性が損なわれる問題がある。

そこで、マイクロホンアレイとして構成するときの装置全体を小型化するために、例えば図５において、それぞれの狭指向性マイクロホン１０の断面積を細いものとすることが容易に考えられる。しかしながら、この場合、図５（ａ）に示すように受音素子１２の断面積（又は断面積の直径ｄ）も小さくする必要が生じ、その感度やＳ／Ｎ比を損なうことが問題となる。

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、収音性能を損なうことなくマイクロホンアレイとして構成するときの小型化を実現可能とするため、音響管を使用し直線二方向に狭指向性で分離収音可能とする二方向狭指向性マイクロホンを提供することにある。

本発明の二方向狭指向性マイクロホンは、音響管の長手方向の直線二方向に対し分離した狭指向性を有する二方向狭指向性マイクロホンであって、１本の音響管と、前記音響管の両端側にそれぞれ設けられる２つの受音素子と、前記音響管の中心軸を通る平面で前記音響管の内部を２つの空間部に分離する遮音板とを備え、前記２つの空間部のうち第１の空間部に面する前記音響管の長手方向の側壁に複数のスリットからなる第１のスリット列が設けられ、前記２つの空間部のうち第２の空間部に面する前記音響管の長手方向の側壁に複数のスリットからなる第２のスリット列が設けられ、前記２つの受音素子のうち第１の受音素子は、前記第１のスリット列を経て前記第１の空間部を進行する第１の音波方向からの音波を収音し、前記２つの受音素子のうち第２の受音素子は、前記第２のスリット列を経て前記第２の空間部を進行する第２の音波方向からの音波を収音するよう構成されていることを特徴とする。

また、本発明の二方向狭指向性マイクロホンにおいて、前記音響管及び前記受音素子は、それぞれ略同一断面の円柱状又は四角柱状で構成されて取着されていることを特徴とする。

また、本発明の二方向狭指向性マイクロホンにおいて、前記遮音板は、前記第１の空間部及び前記第２の空間部の各音波進行方向で対応する位置関係の断面積が略同一となるよう前記音響管の内部を２つの空間部に分離していることを特徴とする。

また、本発明の二方向狭指向性マイクロホンにおいて、前記遮音板は、前記第２の受音素子への音波の進行を遮音する第１の遮音壁と、前記第１の受音素子への音波の進行を遮音する第２の遮音壁とを有することを特徴とする。

本発明によれば、直線二方向の音波を同時に収音することができる。特に、マイクロホンアレイとして構成するときに、収音性能を損なうことなく小型化を実現することができる。

より具体的には、本発明による二方向狭指向性マイクロホンを用いてマイクロホンアレイを構成することで、点対称の関係にある２チャンネルを１本の音響管のマイクロホンの筐体の大きさそのままに、同時に収音することが可能となる。これにより、マイクロホンアレイの全体で用いる音響管の本数を減らすことが可能となり、マイクロホンアレイの機動性を向上させることができる。

特に、２２．２マルチチャンネル音響など点対称な位置にスピーカが配置され、１８０度異なる方向の音を同時に収音することが要求されるマルチチャンネル音響システムにおいて、本発明による二方向狭指向性マイクロホンを用いてマイクロホンアレイを構成することで、その設置位置の制約をより緩和し、設置効率をより改善することができる。

（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による実施例１の二方向狭指向性マイクロホンの概略構成を示す透視斜視図及びその断面図である。 本発明による実施例２の二方向狭指向性マイクロホンの概略構成を示す透視斜視図である。 本発明による実施例３の二方向狭指向性マイクロホンの概略構成を示す透視斜視図である。 従来技術における単一指向性を示す狭指向性マイクロホンを用いて構成したマイクロホンアレイの概略構成を示す斜視図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ従来技術における単一指向性を示す狭指向性マイクロホンの概略構成を示す透視斜視図及びその断面図である。

以下、図面を参照して、本発明による各実施例の二方向狭指向性マイクロホン１の構成について説明する。

（実施例１）
図１（ａ）は、それぞれ本発明による実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１の概略構成を示す透視斜視図であり、図１（ｂ）はその断面図である。実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１は、音響管１３の長手方向の直線二方向に対し、狭指向性で分離収音可能とするマイクロホンとして構成される。

より具体的には、実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１は、１本の音響管１３の長手方向の両端側にそれぞれ同一構造のマイクロホンカプセル（受音素子）１２ａ，１２ｂが設けられている。そして、音響管１３の中心軸を通る平面で音響管１３を２つの空間部Ｓ１，Ｓ２（本例では、半円柱の２つの空間部）に分割する平板状の遮音板１５が設けられている。

また、遮音板１５で区切られた音響管１３の各半円柱の側面には、それぞれ例えば丸孔状（又は四角孔状でもよい）の複数のスリット１４ａ，１４ｂよりなる２列のスリット列が位相干渉用の開口として設けられている。図示する例では、音響管１３の手前側の側面にスリット１４ａ（模式的にここでは実線の丸孔で示す）が設けられ、尚且つ、奥側の側面にもスリット１４ｂ（模式的にここでは点線の丸孔で示す）が設けられている。複数のスリット１４ａ，１４ｂを通じて音響管１３に入った音波は音響管１３を伝わり各受音素子１２ａ，１２ｂに到達する。

ただし、各受音素子１２ａ，１２ｂの表面近傍にて音響管１３の両端部には、それぞれ遮音板１５で区切られた音響管１３の各半円柱内を進行する音波を遮音するために、それぞれ半円状の遮音壁１５ａ，１５ｂが設けられている。即ち、図示右側の受音素子１２ａは、スリット１４ａのスリット列を経て音響管１３内の空間部Ｓ１に進入する音波を収音するようになっており、一方、図示左側の受音素子１２ｂは、スリット１４ｂのスリット列を経て音響管１３内の空間部Ｓ２に進入する音波を収音するようになっている。

そして、受音素子１２ａは、複数のスリット１４ａの位相干渉を経て空間部Ｓ１を進行する第１の音波方向の音波を収音して電気信号に変換する。また、受音素子１２ｂは、複数のスリット１４ｂの位相干渉を経て空間部Ｓ２を進行する第２の音波方向の音波を収音して電気信号に変換する。実際には、図示を省略しているが音響管１３の周囲壁面に紙などの音響抵抗を貼ることで、複数のスリット１４ａ（又は１４ｂ）の作用で受音素子１２ａ（又は１２ｂ）により正面から到来する音波は同位相で加算、側面から到来する音波は位相差がついて互いに打ち消し合うようにしている。このため、実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１は、音響管１３の長手方向の直線二方向に対し、狭指向性で分離収音可能とする機能を備えた一本のマイクロホンとして構成される。

実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１では、音響管１３が、図５に示す従来技術の狭指向性マイクロホン１０と比較して到来方向の音波別には遮音板１５により断面積が相対的に小さくなるが、その従来技術の音響管１３及び各受音素子１２ａ，１２ｂについて同一形状・同一サイズのものを使用できる。

そして、通常、音響管１３の直径は約２０ｍｍ程度が標準であるが、この太さは収音には十分な太さであり、これを遮音板１５により２つの空間部Ｓ１，Ｓ２へと分離してそれぞれ半分程度の断面積となるよう減らしてもその収音性能はほとんど変化しない。ただし、各空間部Ｓ１，Ｓ２における導波性能に差が生じることを抑制するため、遮音板１５は、空間部Ｓ１，Ｓ２の各音波進行方向で対応する位置関係の断面積が略同一となるよう音響管１３の内部を２つの空間部Ｓ１，Ｓ２に分離するのが好適である。

一方、各受音素子１２ａ，１２ｂは、その断面積の減少が収音性能に直結するが、音響管１３の両端部に遮音壁１５ａ，１５ｂが設けられていても、本実施例では、各受音素子１２ａ，１２ｂが持つ断面積自体を減少させるものではないため、各受音素子１２ａ，１２ｂが持つ断面積で定まる収音性能を維持できる。

即ち、通常、各受音素子１２ａ，１２ｂの直径ｄも約２０ｍｍ程度が標準であるが、このときの断面積で定まる収音性能を維持したまま、音響管１３の断面積のみ減少させる構造であるため、図５に示す従来技術の狭指向性マイクロホン１０と比較して音波ごとに比較してもマイクロホンの性能が劣化しない。

このように、実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１では、音響管１３が遮音板１５によって２つの半円柱の空間部Ｓ１，Ｓ２に分離されており、各半円柱の空間部Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ対応する受音素子１２ａ，１２ｂのみと接続されている。このため、実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１は、１８０度の反対方向に分離して収音可能とする主軸を持つ狭指向性マイクロホンとして構成される。

従って、正面方向の音波と背面方向の音波を同時に直線二方向で収音する場合に、従来技術であれば図５に示す狭指向性マイクロホン１０について２本分の設置容積を必要としていたところ、実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１によれば、相対的にほぼ１本分の狭指向性マイクロホン１０の設置容積とすることができ、収音性能を損なうことなくマイクロホンアレイとして構成するときの小型化が実現可能となる。

より具体的には、本実施例の二方向狭指向性マイクロホン１を用いてマイクロホンアレイを構成することで、点対称の関係にある２チャンネルを１本の音響管１３のマイクロホンの筐体の大きさそのままに、同時に収音することが可能となる。これにより、マイクロホンアレイの全体で用いる音響管１３の本数を減らすことが可能となり、マイクロホンアレイの機動性を向上させることができる。

特に、２２．２マルチチャンネル音響など点対称な位置にスピーカが配置され、１８０度異なる方向の音を同時に収音することが要求されるマルチチャンネル音響システムにおいて、本実施例の二方向狭指向性マイクロホン１を用いてマイクロホンアレイを構成することで、その設置位置の制約をより緩和し、設置効率をより改善することができる。

（実施例２）
図２は、本発明による実施例２の二方向狭指向性マイクロホン１の概略構成を示す透視斜視図である。尚、実施例１と同様な構成要素には同一の参照番号を付している。実施例２の二方向狭指向性マイクロホン１は、図１に示す実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１と比較して、遮音板１５の形状が異なる点を除き、その他の形状・構造・大きさは同じものとすることができる。

即ち、前述した実施例１では、図１に示すように遮音板１５の形状を平板状として説明したが、実施例２では、曲板状（本例ではＳ字板状）に構成している。このような遮音板１５の形状とした実施例２の二方向狭指向性マイクロホン１であっても、実施例１の作用・効果を全て包含させることができる。

（実施例３）
図３は、本発明による実施例３の二方向狭指向性マイクロホン１の概略構成を示す透視斜視図である。尚、実施例１，２と同様な構成要素には同一の参照番号を付している。実施例３の二方向狭指向性マイクロホン１は、図１に示す実施例１の二方向狭指向性マイクロホン１と比較して、その外形形状を円柱状とする代わりに四角柱状とした点で異なる。

即ち、実施例３では、音響管１３及び各受音素子１２ａ，１２ｂの形状を四角柱状とし、遮音板１５を音響管１３の両端の四角一辺を対角状に遮音するよう設置している。本例では、図３に示すように、音響管１３の両端部に遮音壁１５ａ，１５ｂを設ける必要はない。このような実施例３の二方向狭指向性マイクロホン１であっても、実施例１の作用・効果を全て包含させることができる。

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、本発明に係る二方向狭指向性マイクロホン１は、マルチチャンネル音響システムにおいてマイクロホンアレイを構成することを主の目的として説明したが、単に直線二方向の収音を要する用途にも利用できる。

本発明によれば、正面方向の音波と背面方向の音波を同時に直線二方向で収音する収音装置の用途に有用である。

１ 二方向狭指向性マイクロホン
１０，１０‐１〜１０‐８ 単方向の狭指向性マイクロホン
１２，１２ａ，１２ｂ マイクロホンカプセル（受音素子）
１３ 音響管
１４ａ，１４ｂ スリット
１５ 遮音板
１５ａ，１５ｂ 遮音壁
２０ 支軸
３０ 支持部材

Claims (4)

1. 音響管の長手方向の直線二方向に対し分離した狭指向性を有する二方向狭指向性マイクロホンであって、
   １本の音響管と、
   前記音響管の両端側にそれぞれ設けられる２つの受音素子と、
   前記音響管の中心軸を通る平面で前記音響管の内部を２つの空間部に分離する遮音板とを備え、
   前記２つの空間部のうち第１の空間部に面する前記音響管の長手方向の側壁に複数のスリットからなる第１のスリット列が設けられ、
   前記２つの空間部のうち第２の空間部に面する前記音響管の長手方向の側壁に複数のスリットからなる第２のスリット列が設けられ、
   前記２つの受音素子のうち第１の受音素子は、前記第１のスリット列を経て前記第１の空間部を進行する第１の音波方向からの音波を収音し、
   前記２つの受音素子のうち第２の受音素子は、前記第２のスリット列を経て前記第２の空間部を進行する第２の音波方向からの音波を収音するよう構成されていることを特徴とする二方向狭指向性マイクロホン。
2. 前記音響管及び前記受音素子は、それぞれ略同一断面の円柱状又は四角柱状で構成されて取着されていることを特徴とする、請求項１に記載の二方向狭指向性マイクロホン。
3. 前記遮音板は、前記第１の空間部及び前記第２の空間部の各音波進行方向で対応する位置関係の断面積が略同一となるよう前記音響管の内部を２つの空間部に分離していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の二方向狭指向性マイクロホン。
4. 前記遮音板は、前記第２の受音素子への音波の進行を遮音する第１の遮音壁と、前記第１の受音素子への音波の進行を遮音する第２の遮音壁とを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の二方向狭指向性マイクロホン。