JP2000354290A

JP2000354290A - マイクロホン装置

Info

Publication number: JP2000354290A
Application number: JP16542799A
Authority: JP
Inventors: Hisao Nishikawa; 寿生西川; Shinji Fujiwara; 真治藤原; Akira Nakano; 亮中野; Ryuichi Yamamoto; 隆一山本; Hiroyasu Naito; 博康内藤
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: JP3732041B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広い周波数帯域において、一様に鋭い指向性
を得る。【解決手段】複数のマイクロホン素子１１乃至１５に
より、それぞれ異なる周波数帯域に狭指向性を示す複数
のマイクロホンアレイ７１乃至７４を構成する。そし
て、これら各マイクロホンアレイ７１乃至７４の各出力
信号のうち、それぞれが狭指向性を示す周波数帯域の信
号のみを、各フィルタ８１乃至８８により抽出して、こ
れら抽出して得た各信号を加算器９０により加算する。
従って、加算器９０からは、各マイクロホンアレイ７１
乃至７４により収音するのに都合の良い周波数帯域の信
号のみを加算して得た信号が出力される。よって、低周
波数帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域にお
いて、一様に鋭い指向性を有するマイクロホン装置を実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロホン装置
に関し、特に指向性を改善するために複数のマイクロホ
ン素子をアレイ状に配置する所謂マイクロホンアレイと
呼ばれる構成のマイクロホン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記マイクロホンアレイは、例えば会議
場用の発言者ユニット等のように、横方向からの雑音を
排除するために比較的に鋭い指向性が要求される用途に
使用される。このようなマイクロホンアレイとして、従
来、例えば図３に示す単一指向性マイクロホン素子１を
複数素子、例えば２素子用意し、これを図４に示すよう
に、それぞれの基準軸（指向性を表す上で基準（入射角
零度）となる正面の軸で、同図に一転鎖線で示す軸）が
互いに平行になるように、かつ、それぞれの音波入射面
を揃えた状態で、間隔ｄを隔てて配置すると共に、各マ
イクロホン素子１、１の各出力信号を加算器２によって
加算するものがある。

【０００３】ここで、図３に示すマイクロホン素子１単
独の指向性Ｖ₁（θ）（θはマイクロホン素子１に入射
する音波（平面波）の入射角）を、次の数１で表すとす
ると、これを２素子組み合わせた構成の図４に示すマイ
クロホンアレイ全体の指向性Ｖ₂（θ）は、数２で表さ
れることが知られている。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【数２】

【０００６】なお、数２において、ｋは、音波の波長定
数、ｆは、音波の周波数、ｃは、音波の速度である。ま
た、各マイクロホン素子１、１の各感度は互いに等しい
とする。

【０００７】上記数１及び数２から、マイクロホン素子
１単独の場合に比べて、これを２素子組み合わせた構成
の所謂２素子アレイ（または２素子ラインマイクロホン
とも呼ぶ）の方が、鋭い指向性を得られることが判る。

【０００８】更に、上記図４の２素子アレイを２組設
け、これらを図５（ａ）に示すように間隔ｄを隔てて配
置すると共に、各２素子アレイの各出力（各加算器２、
２の出力）を加算器３により加算するとする。この構成
は、同図（ｂ）に示すように、３つのマイクロホン素子
１、１、１を、それぞれ間隔ｄを隔てて配置すると共
に、中央に位置するマイクロホン素子１のみの感度を２
倍にした上で、これと両端にある各マイクロホン素子
１、１との各出力を加算器３により加算するのと等価な
構成となる。この３つのマイクロホン素子１、１、１を
組み合わせた所謂３素子アレイ（または３素子ラインマ
イクロホンとも呼ぶ）全体の指向性Ｖ₃（θ）は、次の
数３で表されることが知られている。

【０００９】

【数３】

【００１０】この数３によれば、３素子アレイの指向性
Ｖ₃（θ）の方が、上記数２で表される２素子アレイの
指向性Ｖ₂（θ）に比べて、より鋭い指向性を得られる
ことが判る。

【００１１】しかし、上記数２及び数３から明らかなよ
うに、各マイクロホンアレイの指向性Ｖ₂（θ）及びＶ
₃（θ）は、各マイクロホン素子１の配置間隔ｄ及び音
波の周波数ｆという２つの変数によって大きく変化す
る。従って、これら各変数のうちの一方、例えば上記間
隔ｄを、或る値に設定すると、この間隔ｄに応じた或る
特定の周波数ｆ付近において、上記指向性Ｖ₂（θ）及
びＶ₃（θ）は鋭くなる。しかし、それ以外の周波数帯
域では、指向性Ｖ₂（θ）及びＶ₃（θ）は鈍くなった
り、或いは乱れたりする。

【００１２】なお、２素子アレイ及び３素子アレイのい
ずれにおいても、上記間隔ｄが広いほど、低い周波数帯
域において指向性Ｖ₂（θ）及びＶ₃（θ）が向上し、
即ち狭指向性となる。一方、上記間隔ｄが狭いほど、狭
指向性が得られる周波数ｆは、高周波数側へとシフトす
る。

【００１３】図６に、図４の２素子アレイにおいて、各
マイクロホン素子１、１間の間隔ｄをｄ＝４００ｍｍに
設定したときの任意の周波数ｆ（ｆ＝３５０Ｈｚ、７０
０Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１４００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及
び４０００Ｈｚ）における指向性Ｖ₂（θ）を示す。な
お、図６において点線で示す曲線は、単一指向性マイク
ロホン素子１単独の指向性Ｖ₁（θ）である。この図６
から判るように、上記間隔ｄがｄ＝４００ｍｍという条
件では、周波数ｆがｆ＝３５０Ｈｚのときに、指向性Ｖ
₂（θ）が鋭くなる。そして、周波数ｆがそれ以上に高
くなると、指向性Ｖ₂（θ）に乱れが生じ、特に、周波
数ｆがｆ＝１０００Ｈｚ以上の周波数帯域においては、
もはや、狭指向性とは言い難い。

【００１４】図７に、図５の３素子アレイにおいて、各
マイクロホン素子１、１、１間の各間隔ｄをｄ＝２００
ｍｍに設定したときの任意の周波数ｆ（ｆ＝３５０Ｈ
ｚ、７００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１４００Ｈｚ、２００
０Ｈｚ及び４０００Ｈｚ）における指向性Ｖ₃（θ）を
示す。なお、この図７においても、参考として、単一指
向性マイクロホン素子１単独の指向性Ｖ₁（θ）を点線
で示す。

【００１５】図７から判るように、間隔ｄをｄ＝２００
ｍｍという上記図６の場合よりも狭くした条件下におい
ては、指向性Ｖ₃（θ）が最も鋭くなる周波数ｆはｆ＝
１０００Ｈｚとなり、上記図６の場合（ｆ＝３５０Ｈ
ｚ）に比べて高くなる。そして、このときの指向性Ｖ₃
（θ）と、上記２素子アレイの指向性Ｖ₂（θ）が最も
鋭くなるときの特性（図６（ａ）の特性）と、を比較す
ると、この３素子アレイの指向性Ｖ₃（θ）の方が上記
２素子アレイの指向性Ｖ₂（θ）よりも鋭いことが判
る。なお、この３素子アレイにおいても、最も狭指向性
を示す上記周波数ｆ＝１０００Ｈｚよりも高い周波数帯
域においては、その指向性Ｖ₃（θ）に乱れが生じる。
特に、周波数ｆがｆ＝２０００Ｈｚ以上の周波数帯域に
おいては、狭指向性は望めない。一方、上記周波数ｆ＝
１０００Ｈｚよりも低い周波数帯域においては、指向性
Ｖ₃（θ）が鈍くなり、この場合も、狭指向性は望めな
い。

【００１６】更に、図８及び図９に、それぞれ、上記間
隔ｄをｄ＝１００ｍｍ、５０ｍｍとしたときの３素子ア
レイの指向性Ｖ₃（θ）を示す。これら各図と上記図７
とを比較して判るように、上記間隔ｄを狭くするに連れ
て、指向性Ｖ₃（θ）として狭指向性を得られる周波数
ｆがｆ＝２０００Ｈｚ、４０００Ｈｚと高周波数側へシ
フトする。そして、これ以外の周波数帯域においては、
狭指向性は望めない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】即ち、本発明が解決し
ようとする問題点は、上記従来の２素子アレイや３素子
アレイ構成のマイクロホン装置では、或る特定の周波数
ｆ付近において、狭指向性が得られるものの、低周波数
帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域におい
て、一様に鋭い指向性が得られないという点である。

【００１８】そこで、本発明は、低周波数帯域から高周
波数帯域にわたる広い周波数帯域において、一様に安定
した鋭い指向性の得られるマイクロホン装置を提供する
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、互いの基準軸が略平行となる状態に所定
の間隔を隔てて配置された複数のマイクロホン素子と、
これら各マイクロホン素子の各出力信号を加算して出力
する第１の加算手段と、この第１の加算手段の入力側ま
たは出力側に設けられそれ自体に入力される信号から上
記各マイクロホン素子間の間隔に応じた周波数成分を抽
出して出力する抽出手段と、を備えたマイクロホンアレ
イ、を複数設け、これら各マイクロホンアレイ毎にそれ
ぞれを構成する各マイクロホン素子間の間隔をそれぞれ
異にし、これら各マイクロホンアレイの各出力信号を加
算して出力する第２の加算手段を設けた、ものである。

【００２０】なお、ここで言う上記抽出手段は、例えば
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰ
Ｆ）、或いはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等の各種フ
ィルタ手段により構成できる。

【００２１】本発明によれば、各マイクロホンアレイを
それぞれ構成する各マイクロホン素子間の間隔は、各マ
イクロホンアレイ毎にそれぞれ異なる。従って、各マイ
クロホンアレイの各指向性が鋭くなる周波数帯域も、各
マイクロホンアレイ毎にそれぞれ異なる。そこで、本発
明では、各マイクロホンアレイ毎に、それぞれを構成す
る各第１の加算手段の入力側または出力側に、各マイク
ロホン素子間の間隔に応じた周波数成分、例えばそれぞ
れの指向性が最も鋭くなる周波数帯域の成分のみを抽出
して出力する抽出手段を設ける。このようにすれば、各
マイクロホンアレイからは、それぞれが最も鋭い指向性
を示す周波数帯域の信号のみが出力される。そして、こ
れら各マイクロホンアレイの各出力信号を、第２の加算
手段で加算する。従って、第２の加算手段からは、各マ
イクロホンアレイの各出力信号のうち、それぞれが最も
鋭い指向性を示す周波数帯域の信号のみを組み合わせて
得た信号が出力される。

【００２２】また、本発明では、上記各第１の加算手段
の各出力信号の利得が略同等となる状態に、上記各マイ
クロホン素子の一部または全部と各第１の加算手段の入
力側との間に、それぞれ、上記一部または全部のマイク
ロホン素子の出力信号に所定の利得を乗ずる利得手段を
設ける。なお、ここで言う利得手段は、例えば上記マイ
クロホン素子の出力信号を増幅したり或いは減衰させた
りする増幅器或いは減衰器により構成できる。

【００２３】このように各第１の加算手段の各出力信号
の利得を一様に揃える、即ちこれら各出力信号間のバラ
ンスを整えることにより、本発明のマイクロホン装置全
体としての出力（第２の加算手段の出力）を安定させる
ことができる。

【００２４】更に、各マイクロホンアレイの各出力信号
のうち、それぞれの周波数帯域が互いに隣接する２つの
出力信号間において、これら各出力信号の各周波数帯域
の一部が互いに重複する場合、その重複する周波数帯域
において各出力信号の位相を略一致させるように、これ
ら各出力信号の一方または両方の位相を補償する位相補
償手段を設けてもよい。なお、ここで言う位相補償手段
は、例えば、オールパスフィルタ（ＡＰＦ）やインバー
タ（ＩＮＶ：位相反転器）により構成できる。

【００２５】例えば、今、上記各マイクロホンアレイの
各出力信号間で、位相差が生じているとする。このよう
な位相差は、例えば、上記各抽出手段によりそれぞれの
マイクロホンアレイの出力信号から所定の周波数帯域の
信号成分を抽出する際等、に生じることがある。このよ
うに、各マイクロホンアレイの各出力信号の各位相が揃
っていない状態で、これらの信号を上記第２の加算手段
により加算した場合、所定の周波数帯域、即ち各マイク
ロホンアレイの各出力信号が互いに重なり合う周波数帯
域において、上記第２の加算器の出力、即ち本発明のマ
イクロホン装置全体としての出力に、位相の不連続が生
じる。そこで、上記のように位相補償手段を設け、これ
によって、各マイクロホンアレイの各出力信号が互いに
重なり合う周波数帯域における各出力信号の位相を揃え
る。このようにすれば、各出力信号が互いに重なり合う
周波数帯域での各出力信号の位相の連続性を確保でき、
ひいては、本発明のマイクロホン装置全体として各周波
数帯域にわたって一様にバランスの取れた出力を得るこ
とができる。

【００２６】そして、上記各マイクロホンアレイのうち
所定のマイクロホンアレイを構成する上記各マイクロホ
ン素子の一部または全部を、他のマイクロホンアレイを
構成するマイクロホン素子としても兼用する状態に、上
記各マイクロホン素子の一部または全部をそれぞれ異な
る複数のマイクロホンアレイの構成要素として兼用して
もよい。

【００２７】このようにすれば、それぞれ別個のマイク
ロホン素子により各マイクロホンアレイを構成する場合
に比べて、マイクロホン装置全体としてのマイクロホン
素子の数を削減でき、その分、装置の小型化及び低コス
ト化等を実現できる。

【００２８】更に、各マイクロホンアレイのうち所定の
マイクロホンアレイを構成する各マイクロホン素子間の
間隔を基準として、他のマイクロホンアレイをそれぞれ
構成する各マイクロホン素子間の間隔を、それぞれ、上
記基準間隔に自然数を乗じた間隔または上記基準間隔を
自然数で除した間隔に設定してもよい。

【００２９】このように、所定のマイクロホンアレイを
構成する各マイクロホン素子間の間隔を決定し、これを
基準間隔として、他のマイクロホンアレイをそれぞれ構
成する各マイクロホン素子間の間隔を決定すれば、これ
らの素子間隔に応じて定まる上記各抽出手段により抽出
しようとする各周波数帯域や、位相補償手段により補償
しようとする位相量等を、比較的に容易に決定できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明に係るマイクロホン装置の
一実施の形態について、図１及び図２を参照して説明す
る。

【００３１】図１に本実施の形態の概略構成を示す。同
図に示すように、本実施の形態では、複数、例えば５つ
の単一指向性マイクロホン素子１１乃至１５を使用す
る。そして、これら各マイクロホン素子１１乃至１５
を、それぞれの基準軸が互いに平行になるように、か
つ、それぞれの音波入射面を揃えた状態で、所定の距離
Ｌ内に一列に配置する。なお、各マイクロホン素子１１
乃至１５のうち、マイクロホン素子１２については、上
記距離Ｌの両端に位置する各マイクロホン素子１１及び
１５間の中間位置に配置する。そして、これら両端に位
置する各マイクロホン素子１１及び１５のうちの一方、
例えば同図において左端に位置するマイクロホン素子１
５と、上記距離Ｌの中間位置に配置されたマイクロホン
素子１２と、の間の中間位置に、マイクロホン素子１４
を配置する。更に、このマイクロホン素子１４と、上記
距離Ｌの中間位置に配置されたマイクロホン素子１２
と、の間の中間位置に、マイクロホン素子１３を配置す
る。

【００３２】上記各マイクロホン素子１１乃至１５のう
ち、両端に位置する各マイクロホン素子１１、１５の各
出力信号を、それぞれ増幅率が１の増幅器３１、３２で
増幅した後、加算器５１で加算する。これにより、上述
した図４において、各マイクロホン素子１、１間の距離
ｄをｄ＝Ｌとしたのと等価な２素子アレイ７１が構成さ
れる。

【００３３】また、上記両端に位置する各マイクロホン
素子１１、１５の各出力信号を、それぞれ増幅率が０．
５の増幅器３３、３４により増幅して得た信号と、これ
ら各マイクロホン素子１１、１５間の中間位置に配置さ
れたマイクロホン素子１２の出力信号を、増幅率が１の
増幅器３５により増幅して得た信号と、を加算器５２に
より加算する。これにより、上述した図５において、各
マイクロホン素子１、１、１間の各距離ｄをｄ＝Ｌ／２
とすると共に、各マイクロホン素子１、１、１の各感度
をそれぞれ半分にしたのと等価な３素子アレイ７２が構
成される。

【００３４】更に、上記距離Ｌの中間位置に配置された
マイクロホン素子１２と左端に位置するマイクロホン素
子１５との各出力信号を、それぞれ増幅率が０．５の増
幅器３６、３７により増幅して得た信号と、これら各マ
イクロホン素子１２、１５間の中間位置に配置されたマ
イクロホン素子１４の出力信号を、増幅率が１の増幅器
３８により増幅して得た信号と、を加算器５３により加
算する。これにより、上述した図５において、各マイク
ロホン素子１、１、１間の各距離ｄをｄ＝Ｌ／４とする
と共に、各マイクロホン素子１、１、１の各感度をそれ
ぞれ半分にしたのと等価な３素子アレイ７３が構成され
る。

【００３５】そして、上記距離Ｌの中間位置に配置され
たマイクロホン素子１２と上記マイクロホン素子１４と
の各出力信号を、それぞれ増幅率が０．５の増幅器３
９、４０により増幅して得た信号と、これら各マイクロ
ホン素子１２、１４間の中間位置に配置されたマイクロ
ホン素子１３の出力信号を、増幅率が１の増幅器４１に
より増幅して得た信号と、を加算器５４により加算す
る。これにより、上述した図５において、各マイクロホ
ン素子１、１、１間の各距離ｄをｄ＝Ｌ／８とすると共
に、各マイクロホン素子１、１、１の各感度をそれぞれ
半分にしたのと等価な３素子アレイ７４が構成される。

【００３６】即ち、上記のように構成された各マイクロ
ホンアレイ７１乃至７４は、それぞれを構成する各マイ
クロホン素子１１、１２、１３、１４または１５の各配
置間隔ｄが異なるので、それぞれが狭指向性を示す周波
数帯域も異なる。具体的には、２素子アレイ７１につい
ては、これを構成する各マイクロホン素子１１、１５間
の間隔Ｌに応じた或る周波数付近において、その指向性
が最も鋭くなる。そして、各３素子アレイ７２、７３、
７４については、それぞれ、上記各マイクロホン素子１
１、１２、１３、１４または１５の配置間隔Ｌ／２、Ｌ
／４、Ｌ／８に応じた或る周波数、概ね２素子アレイ７
１が狭指向性を示す周波数の約２倍、約４倍、約８倍の
各周波数付近において、狭指向性を示す。

【００３７】そこで、本実施の形態では、上記２素子ア
レイ７１（加算器５１）の出力側に、ローパスフィルタ
８１を設ける。そして、このローパスフィルタ８１のカ
ットオフ周波数ｆ_Cを、例えば、２素子アレイ７１があ
る程度の狭指向性を示す周波数の上限値に設定する。こ
れにより、ローパスフィルタ８１からは、２素子アレイ
７１の出力信号のうち、この２素子アレイ７１がある程
度の狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力され
る。

【００３８】また、３素子アレイ７２（加算器５２）の
出力側は、ハイパスフィルタ８２とローパスフィルタ８
３との直列接続から成るバンドパスフィルタ８４を設け
る。そして、このバンドパスフィルタ８４の下限側及び
上限側の各カットオフ周波数として、それぞれ、この３
素子アレイ７２がある程度の指向性を示す周波数の下限
値及び上限値を設定する。例えば、ハイパスフィルタ８
２については、そのカットオフ周波数を上記ローパスフ
ィルタ８１のカットオフ周波数ｆ_Cと略等価とする。一
方、ローパスフィルタ８３については、そのカットオフ
周波数を上記ハイパスフィルタ８２のカットオフ周波数
ｆ_Cの２倍の周波数（２ｆ_C）に設定する。これによ
り、バンドパスフィルタ８４からは、３素子アレイ７２
の出力信号のうち、この３素子アレイ７２がある程度の
狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力される。

【００３９】同様に、３素子アレイ７３（加算器５３）
の出力側に、ハイパスフィルタ８５とローパスフィルタ
８６との直列接続から成るバンドパスフィルタ８７を設
ける。そして、このバンドパスフィルタ８７の下限側及
び上限側の各カットオフ周波数として、それぞれ、この
３素子アレイ７３がある程度の指向性を示す周波数の下
限値及び上限値を設定する。例えば、ハイパスフィルタ
８５については、そのカットオフ周波数を上記ローパス
フィルタ８３のカットオフ周波数２ｆ_Cと略等価とす
る。一方、ローパスフィルタ８６については、そのカッ
トオフ周波数を上記ハイパスフィルタ８５のカットオフ
周波数２ｆ_Cの２倍の周波数（４ｆ_C）に設定する。こ
れにより、バンドパスフィルタ８７からは、３素子アレ
イ７３の出力信号のうち、この３素子アレイ７３がある
程度の狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力され
る。

【００４０】更に、３素子アレイ７４（加算器５４）の
出力側に、ハイパスフィルタ８８を設ける。そして、こ
のハイパスフィルタ８８のカットオフ周波数を、この３
素子アレイ７４がある程度の狭指向性を示す周波数の下
限値に設定し、例えば、上記ローパスフィルタ８６のカ
ットオフ周波数４ｆ_Cと略等価とする。これにより、ハ
イパスフィルタ８８からは、３素子アレイ７４の出力信
号のうち、この３素子アレイ７４がある程度の狭指向性
を示す周波数帯域のみの信号が出力される。

【００４１】そして、各マイクロホンアレイ７１乃至７
４の各出力信号を、それぞれ上記各フィルタ８１、８
４、８７及び８８により処理した後の信号を、加算器９
０で加算する。これにより、加算器９０からは、各マイ
クロホンアレイ７１乃至７４の各出力信号のうち、それ
ぞれが狭指向性を示す周波数帯域の信号のみを組み合わ
せて得た信号Ｖ（θ）が出力される。

【００４２】上記のように、本実施の形態では、複数の
マイクロホンアレイ７１乃至７４を用意して、これらの
出力信号から、それぞれが狭指向性を示す周波数帯域の
みの信号、換言すれば、各マイクロホンアレイ７１乃至
７４により収音するのに都合の良い周波数帯域のみの信
号、を抽出して、これら抽出して得た信号を組み合わせ
て出力している。従って、低周波数帯域から高周波数帯
域にわたる広い周波数帯域において、一様に鋭い指向性
を得ることができる。

【００４３】また、各マイクロホン素子１１乃至１５の
うち、マイクロホン素子１１については、マイクロホン
アレイ７１及び７２の各構成要素として機能させてい
る。そして、マイクロホン素子１２については、マイク
ロホンアレイ７２、７３及び７４の各構成要素として機
能させ、マイクロホン素子１４については、マイクロホ
ンアレイ７３及び７４の各構成要素として機能させ、マ
イクロホン素子１５については、マイクロホンアレイ７
２及び７３の各構成要素として機能させている。このよ
うに、一部のマイクロホン素子１１、１２、１４、１５
を、複数のマイクロホンアレイ７１、７２、７３または
７４の各構成要素として兼用しているので、各マイクロ
ホンアレイ７１乃至７４毎に、それぞれを構成する各マ
イクロホン素子を別個に設ける場合に比べて、マイクロ
ホン素子の設置数を削減できる。よって、その分、装置
全体の小型化及び低コスト化を実現できる。

【００４４】なお、各マイクロホンアレイ７１乃至７４
の各出力信号を、それぞれ上記各フィルタ８１、８４、
８７及び８８で処理することにより、これら各出力信号
間に位相差が生じる。そこで、各フィルタ８１、８４、
８７及び８８の一部または全部の出力側に、上記位相差
を補償すべく位相補償手段を設ける。

【００４５】具体的には、ローパスフィルタ８１の出力
側に、このフィルタ８１のカットオフ周波数ｆ_Cにおい
て、その出力の位相を９０度回転させるためのオールパ
スフィルタ９１を設ける。これにより、ローパスフィル
タ８１の出力と、これと隣接する周波数帯域の信号を抽
出するバンドパスフィルタ８４の出力と、の各位相を、
それぞれの通過周波数帯域の連続点である上記カットオ
フ周波数ｆ_Cにおいて一致させる。

【００４６】そして、バンドパスフィルタ８７の出力側
に、このフィルタ８７の出力を反転（位相を１８０度回
転）させるインバータ９２を設ける。これにより、この
バンドパスフィルタ８７の出力と、これと連続する周波
数帯域の信号を抽出する上記バンドパスフィルタ８４の
出力と、の各位相を、その連続点であるカットオフ周波
数２ｆ_Cにおいて一致させる。

【００４７】更に、ハイパスフィルタ８８の出力側に、
このフィルタ８８のカットオフ周波数４ｆ_Cにおいて、
その出力を９０度回転させるためのオールパスフィルタ
９３を設ける。これにより、ハイパスフィルタ８８の出
力と、これと連続する周波数帯域の信号を抽出する上記
バンドパスフィルタ８７の出力を上記インバータ９２に
より反転した信号と、の各位相を、その連続点である上
記カットオフ周波数４ｆ_Cにおいて一致させる。

【００４８】このように、各マイクロホンアレイ７１乃
至７４の各出力信号の連続点である上記各カットオフ周
波数ｆ_C、２ｆ_C及び４ｆ_Cにおいて、これら各出力信
号の位相をそれぞれ一致させることにより、各出力信号
の位相の連続性、ひいては、マイクロホン装置全体の出
力Ｖ（θ）の位相の連続性を確保できる。

【００４９】本実施の形態においては、５つのマイクロ
ホン素子１１乃至１５を用いたが、これ以外の数のマイ
クロホン素子を用いてもよい。また、これら各マイクロ
ホン素子１１乃至１５を用いて、２素子または３素子の
マイクロホンアレイ７１乃至７４を構成したが、これに
限らない。例えば、全てのマイクロホンアレイ７１乃至
７４を、２素子構成または３素子構成としたり、或い
は、４素子以上のマイクロホン素子を組み合わせて各マ
イクロホンアレイ７１乃至７４を構成してもよい。勿
論、マイクロホンアレイ７１乃至７４の数も、これに限
らない。

【００５０】そして、各フィルタ８１乃至８８を、それ
ぞれ所定のマイクロホンアレイ７１乃至７４（加算器５
１乃至５４）の各出力側に設けたが、これに限らない。
即ち、各マイクロホンアレイ７１乃至７４を構成する各
加算器５１乃至５４の各入力側と各マイクロホン素子１
１乃至１５との間に、それぞれ所定のフィルタ８１乃至
８８を設けてもよい。なお、これら各フィルタ８１乃至
８８が、特許請求の範囲に記載の抽出手段に対応する。

【００５１】また、各加算器５１乃至５４の各入力側に
設けた各増幅器３１乃至４１の各増幅率を、それぞれ
０．５または１としたが、それぞれの相対的な比率が本
実施の形態と同じであれば、上記値以外の増幅率として
もよい。なお、各加算器５１乃至５４が、特許請求の範
囲に記載の第１の加算器に対応する。そして、各増幅器
３１乃至４１が、特許請求の範囲に記載の利得手段に対
応する。更に、本実施の形態における加算器９０が、特
許請求の範囲に記載の第２の加算手段に対応する。

【００５２】そして、本実施の形態では、各マイクロホ
ン素子１１乃至１５の各配置間隔を、両端に位置する各
マイクロホン素子１１及び１５間の距離Ｌを基準とし
て、その１／２、１／４または１／８としたが、これに
限らない。ただし、これら各マイクロホン素子１１乃至
１５の各配置間隔に基づいて、各マイクロホンアレイ７
１乃至７４がそれぞれ狭指向性を示す周波数が決まる
（即ち、上述した数２及び数３から明らかなように、各
マイクロホン素子１１乃至１５の各配置間隔（ｄ）がそ
れぞれ異なるとき、各マイクロホンアレイ７１乃至７４
がそれぞれ同程度の指向性Ｖ₂（θ）またはＶ₃（θ）
を得るのは、周波数（ｆ）が上記配置間隔（ｄ）と反比
例の関係にあるときである）ので、上記距離Ｌ等の所定
の間隔を基準として、各マイクロホン素子１１乃至１５
間の配置間隔を定めるのが都合が良い。例えば、本実施
の形態のように、各マイクロホン素子１１乃至１５間の
配置間隔を、上記距離Ｌを自然数で除して得た間隔とす
れば、各フィルタ８１乃至８８の各カットオフ周波数
も、それぞれｆ_C、２ｆ_C及び４ｆ_Cと定め易くなる。
勿論、各マイクロホン素子１１乃至１５のうち任意の素
子間の配置間隔を基準とし、これに自然数を乗じて他の
素子間の間隔を定める場合も同様である。

【００５３】なお、本実施の形態における上記各増幅器
３１乃至４１、各加算器５１乃至５４、９０、各フィル
タ８１乃至８８、９１、９３、及びインバータ９２は、
例えばアナログ回路によって構成できる。また、これに
限らず、ディジタル回路や、或いは、ＣＰＵ（中央演算
処理装置）、ＤＳＰ（ディジタル演算処理装置）等を用
いたソフトウェア処理によっても構成できる。

【００５４】

【実施例】本実施の形態において、例えば、両端に位置
するマイクロホン素子１１及び１５間の距離ＬをＬ＝４
００ｍｍとする。そして、各フィルタ８１乃至８８を、
それぞれＱ＝０．５、４次のアナログ回路構成とし、こ
のうちローパスフィルタ８１のカットオフ周波数ｆ_Cを
ｆ_C＝７００Ｈｚとして、他のフィルタ８２乃至８８に
係るカットオフ周波数及び各オールパスフィルタ９１、
９３の反転周波数を定めるとする。このときのマイクロ
ホン装置全体の指向性、即ち加算器９０の出力特性Ｖ
（θ）を、図２に示す。

【００５５】同図に示すように、各周波数ｆ（ｆ＝３５
０Ｈｚ、７００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１４００Ｈｚ、２
０００Ｈｚ及び４０００Ｈｚ、即ち上記基準となるカッ
トオフ周波数ｆ_C＝７００Ｈｚの１／２の周波数（ｆ＝
３５０Ｈｚ）若しくはその正数倍の周波数（ｆ＝７００
Ｈｚ，１４００Ｈｚ）及びこのカットオフ周波数ｆ_Cに
関係のない周波数（ｆ＝１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、
３０００Ｈｚ））において、略一様に鋭い指向性Ｖ
（θ）が得られることが判る。換言すれば、上述した図
６から図９において、それぞれ鋭い指向性を示す都合の
良い部分のみを組み合わせたのと同様な特性が得られ
る。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明のマイクロホン装
置は、複数のマイクロホンアレイを備えており、これら
各マイクロホンアレイから得られる各出力信号のうち、
それぞれが最も鋭い指向性を示す周波数帯域の信号のみ
を抽出し、この抽出して得た各信号を組み合わせて出力
する。従って、低周波数帯域から高周波数帯域にわたる
広い周波数帯域において、一様に安定した鋭い指向性を
有するマイクロホン装置を実現できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロホン装置の一実施の形態
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】同実施の形態の指向性を示す図である。

【図３】単一指向性マイクロホン素子の概略図である。

【図４】従来の２素子アレイ構成のマイクロホン装置の
概略構成図である。

【図５】従来の３素子アレイ構成のマイクロホン装置を
示す図で、（ａ）は、その原理図、（ｂ）は、その概略
構成図である。

【図６】従来の２素子アレイ構成のマイクロホン装置の
指向性を示す図である。

【図７】従来の３素子アレイ構成のマイクロホン装置の
指向性を示す図である。

【図８】従来の３素子アレイ構成のマイクロホン装置の
指向性を示す図で、図７の場合とは異なる条件下での指
向性を示す図である。

【図９】従来の３素子アレイ構成のマイクロホン装置の
指向性を示す図で、図７及び図８の場合とは異なる条件
下での指向性を示す図である。

【符号の説明】

１１乃至１５単一指向性マイクロホン素子３１乃至４１増幅器（利得手段）５１乃至５４加算器（第１の加算手段）８１乃至８８フィルタ（抽出手段）９０加算器（第２の加算手段）９１、９３オールパスフィルタ（位相補償手段）９２インバータ（位相補償手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野亮兵庫県神戸市中央区港島中町７丁目２番１号ティーオーエー株式会社内 (72)発明者山本隆一兵庫県神戸市中央区港島中町７丁目２番１号ティーオーエー株式会社内 (72)発明者内藤博康兵庫県神戸市中央区港島中町７丁目２番１号ティーオーエー株式会社内Ｆターム(参考） 5D018 BB25 5D020 BB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いの基準軸が略平行となる状態に所定
の間隔を隔てて配置された複数のマイクロホン素子と、
これら各マイクロホン素子の各出力信号を加算して出力
する第１の加算手段と、この第１の加算手段の入力側ま
たは出力側に設けられそれ自体に入力される信号から上
記各マイクロホン素子間の間隔に応じた周波数成分を抽
出して出力する抽出手段と、を備えたマイクロホンアレ
イ、を複数設け、これら各マイクロホンアレイ毎にそれ
ぞれを構成する上記各マイクロホン素子間の間隔をそれ
ぞれ異にし、これら各マイクロホンアレイの各出力信号
を加算して出力する第２の加算手段を設けた、マイクロ
ホン装置。
【請求項２】上記各第１の加算手段の各出力信号の利
得が略同等となる状態に、上記各マイクロホン素子の一
部または全部と上記各第１の加算手段の入力側との間
に、それぞれ、上記マイクロホン素子の出力信号に所定
の利得を乗ずる利得手段を設けた請求項１に記載のマイ
クロホン装置。
【請求項３】上記各マイクロホンアレイの各出力信号
のうち、それぞれの周波数帯域が互いに隣接する各出力
信号間において、これら各出力信号の周波数帯域が互い
に重複する部分でのこれら各出力信号の位相を略一致さ
せる状態に、上記各マイクロホンアレイの各出力信号の
一部または全部の位相を補償する位相補償手段を設けた
請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項４】上記各マイクロホンアレイのうち所定の
マイクロホンアレイを構成する上記各マイクロホン素子
の一部または全部を、他のマイクロホンアレイを構成す
るマイクロホン素子としても兼用する請求項１に記載の
マイクロホン装置。
【請求項５】上記各マイクロホンアレイのうち所定の
マイクロホンアレイを構成する上記各マイクロホン素子
間の間隔を基準として、他のマイクロホンアレイをそれ
ぞれ構成する各マイクロホン素子間の間隔を、それぞ
れ、上記基準の間隔に自然数を乗じた間隔または上記基
準の間隔を自然数で除した間隔に設定した請求項１に記
載のマイクロホン装置。