JP2009005144A - 収音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音波の検出効率を向上させて、当該音波を収音することができる収音装置を提供する。
【解決手段】収音装置１は、開口する両端面の一端面の面積よりも他端面の面積が広い中空筒状に形成されたホーン本体と、このホーン本体の一端面を塞ぐように当該一端面近傍の内壁に張着された振動膜とを有するホーンユニット３と、このホーンユニット３の振動膜の中心を貫通すると共に当該振動膜とホーンユニット３の他端面近傍の内壁に接合する据え付け部との間に支持される光ファイバ５と、振動膜と据え付け部の間に設けられ、振動を歪みとして反射光を出射する光ファイバブラッググレーティング７と、光ファイバ歪計測手段９と、変換装置１１と、を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＢＧ（光ファイバブラッググレーティング）を用いた収音装置に関する。

現在、Ｆ１サーキットや競馬場のような屋外の広い場所で、音波を検出し、音声収録を行おうとすると、多数のマイクロホンを、その場所に見合った数だけ用意し、それらのマイクロホンをケーブルで結線しなくてはならない。また、マイクロホンから出力される音声信号は、極めて微弱なため、伝搬減衰による信号品質の劣化が起きやすく、広い場所における長距離伝送に不向きである。

さらに、屋外において、多数のマイクロホンがケーブルで結線されている場合、屋外はスタジオ等の屋内に比べて、電気的に良好な環境ではないので、電磁誘導による外来雑音の影響も考慮する必要がある。

そこで、従来、ＦＢＧ（光ファイバブラッググレーティング）を用いて音波を検出する方法が開示されており、例えば、ＦＢＧを多数回折り返して音波を受ける領域を増やす方法や、マイクロホンの振動膜等の薄い膜にＦＢＧを直接貼り付けて、薄い膜からＦＢＧに力を加える方法が開示されている（例えば、非特許文献１、２参照）。
Ｔ．Ｉｉｄａ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＯＦＳ １５，ＴｕＰ２９，２３９（２００３）． Ｓ．Ｋｎｕｄｓｅｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＯＦＳ １０，３９６（１９９４）．

しかしながら、従来のＦＢＧを用いた方法は、実用化に際して、音波を検出する検出効率が低いという問題がある。なお、この検出効率が低くなる最大の原因は、音波の媒介物である空気と、光ファイバとの間のインピーダンス整合を取ることの困難さに由来している。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、音波の検出効率を向上させて、当該音波を収音することができる収音装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の収音装置は、光ファイバに入射する入射光を用いて、収音する収音装置であって、ホーンユニットと、光ファイバと、光ファイバブラッググレーティングと、歪み計測手段と、変換手段と、を備える構成とした。

かかる構成によれば、収音装置は、ホーンユニットにより、ホーン本体の他端面から流入した空気中の音（音波）が、この他端面よりも狭い一端面に向かって凝縮され、当該一端面近傍の内壁に張着された振動膜を振動させることで、効率よく音（音波）を捉えることができる。また、ホーンユニットは、他端面（一端面が塞がれており、開口している面であるので、開口面）に対して垂直な方向から到来する音波を、管楽器のトランペット（いわゆるラッパ）等が開口方向に音を伝え易いのと同じ原理により、効率よく収音することができる。

また、収音装置は、光ファイバと光ファイバブラッグレーティングとにより、振動膜の振動が光ファイバブラッグレーティングの歪みとなり、この歪みが生じた光ファイバブラッグレーティングで、入射光が反射されて反射光となり、光ファイバで伝送されることで、ホーンユニットで収音した音波を反射光として伝送することができる。

そして、収音装置は、歪み計測手段によって、ホーンユニットの振動膜が振動することで光ファイバブラッググレーティングに生じる歪みとして、入射光に対して出射される反射光を任意波長のスペクトルとして計測する。そして、収音装置は、変換手段によって、歪み計測手段で計測されたスペクトルのピークが時間経過と共に変動する際の変動速度及び変動波長幅を、ホーンユニットで収音した音の周波数及び音圧に変換する。

請求項２に記載の収音装置は、請求項１に記載の収音装置において、前記ホーンユニットが複数備えられ、前記光ファイバが、前記他端面又は前記ホーン本体に設けられた孔部から延出され、他の前記ホーンユニットの他端面又は当該ホーンユニットのホーン本体に設けられた孔部に挿入されて、当該ホーンユニットの振動膜の中心を貫通し、前記ホーンユニットそれぞれに対し、前記光ファイバブラッググレーティングの回折格子の間隔を異なるように形成し、前記歪み計測手段が、各反射光を、別々の波長のスペクトルとして計測することを特徴とする。

かかる構成によれば、収音装置は、複数のホーンユニット中の光ファイバブラッググレーティングについて、当該光ファイバブラッググレーティングの回折格子の間隔を異なるように形成しておくことで、各反射光の波長が異なることになり、歪み計測手段によって、別々の波長のスペクトルとして計測することができる。

請求項１に記載の発明によれば、ホーンユニットによって捉えられた音（音波）が振動膜の振動となり、この振動を光ファイバブラッググレーティングの歪みとして検出することで、音波の検出効率を向上させて、当該音波を収音することができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数のホーンユニット中の光ファイバブラッググレーティングから出射される反射光を、別々の波長のスペクトルとして計測することができるので、ホーンユニットを配置した複数の箇所で収音することができる。このため、一本の光ファイバにより、複数のホーンユニットを結ぶことで、複数の箇所で収音する際の装置構成を、従来のマイクを用いる場合に比べ簡易に行うことができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
（収音装置の構成）
図１は収音装置の概観図である。この図１に示すように、収音装置１は、複数のホーンユニット３（３_１、３_２、３_３、・・・）と、光ファイバ５と、光ファイバブラッググレーティング７（７_１、７_２、７_３、・・・）と、光ファイバ歪計測装置（歪み計測手段）９と、変換装置（変換手段）１１とから構成されている。

この収音装置１は、複数のホーンユニット３が一本の光ファイバ５によって連結されている。この光ファイバ５の一端が光ファイバ歪計測装置７に接続されると共に、光ファイバ５の他端が任意の場所に接続されている。なお、ここでは、３個のホーンユニット３しか図示していないが、何個でもよい。

ホーンユニット３（３_１、３_２、３_３、・・・）は、空中の音（音波）を効率よく収音するためのもので、開口する両端面の一端面（喉面）の面積よりも他端面（開口面）の面積が広い中空筒状に形成されたものである。また、ホーンユニット３（３_１、３_２、３_３、・・・）は、円錐底面の形状（ラッパ状）に開口する開口部と、この開口部よりも半径の短い円柱状の喉部とから構成してもよい。なお、この実施形態では、ホーンユニット３の材質は、硬質の塩化ビニルである。ただし、ホーンユニット３の材質は、塩化ビニルに限定されず、プラスチックや合板等の材質で形成してもよい。また、このホーンユニット３の内部には、後記するように振動膜と、据え付け部とが設けられている。

光ファイバ５は、複数のホーンユニット３を連結しており、ホーンユニット３の振動膜（詳細は図２で符号を付して説明する）の中心を貫通すると共に、当該振動膜とホーンユニットの他端面近傍の内壁に接合する据え付け部（詳細は図２で符号を付して説明する）との間に支持されるものである。

光ファイバブラッググレーティング７（７_１、７_２、７_３、・・・）は、光ファイバ５に接続しており、光ファイバ中に一定間隔の回折格子を作成し、特定の波長の光だけを反射させる性質を持たせたものであり、ホーンユニット３の内部に設けられた振動膜の振動を検出するセンサ（光ファイバセンサ）として用いられたものである。

そして、この光ファイバブラッググレーティング７は、ホーンユニット３のそれぞれに対し、異なる間隔で回折格子が作成されている。このため、光ファイバ歪計測装置９から光ファイバブラッググレーティング７に入射される入射光は、異なる波長の反射光となって、当該光ファイバ歪計測装置９に戻ることとなる。

また、この光ファイバブラッググレーティング７は、振動膜の振動に対し、当該振動の変化を、反射光の波長の変化量（音圧）と、変化の速度（音波の周波数）として表すことができる。

ここで、図２を参照して、ホーンユニット３と、光ファイバブラッググレーティング７との詳細な構成を説明する。
図２は、ホーンユニット３の内部を示した図である。
ホーンユニット３は、ホーン本体３ａと、当該ホーンユニット３の一端面（喉面）を塞ぐように取り付けられた薄い振動膜（例えば、薄さ数μｍ〜数十μｍ）３ｂと、据え付け部３ｃと、を備えている。光ファイバブラッググレーティング７は、この振動膜３ｂの中心部と据え付け部３ｃの頂点との間の光ファイバ５に接合している。

そして、光ファイバブラッググレーティング７は、張架（引っ張られた状態で固定）されており、予め張力のバイアスがかけられた状態になっている。この張力によって振動膜３ｂの膜面に対し、光ファイバブラッググレーティング７が垂直になっており、光ファイバブラッググレーティング７自体が直線を成している。

また、振動膜３ｂは、当該振動膜３ｂの内外で空気の出入りがないように（喉面を塞ぐように）構成されており、ホーンユニット３で捉えられた音波によって、振動することとなる。この実施形態では、振動膜３ｂの材質は合成ゴムである。ただし、振動膜３ｂの材質は、合成ゴムに限定されず、和紙、高分子フィルム（アラミドフィルム）等の軽量で振動しやすい材質で形成してもよい。

据え付け部３ｃは、一端がホーン本体３ａの内壁に接合しており、他端（頂点）が光ファイバブラッググレーティング７を固定している。この実施形態では、据え付け部３ｃの材質はアクリルであり、形状は細長い棒状で、光ファイバ５を固定するための固定端を有している。ただし、据え付け部３ｃの材質は、アクリルに限定されず、鋼等の金属等、高い剛性を有する材料で形成してもよい。
図１に戻る。

光ファイバ歪計測装置９は、光源（図示せず）と、干渉計（図示せず）と、パーソナルコンピュータ（図示せず）とを備えて構成されている。この光ファイバ歪計測装置９では、光源から光ファイバ５に入射した入射光が、光ファイバブラッググレーティング７で反射されて反射光となり、この反射光の波長（ｎｍ）が干渉計で計測され、パーソナルコンピュータで記録される。

なお、各ホーンユニット３に設けられている光ファイバブラッググレーティング７は、それぞれ反射光の波長が異なるので、どのホーンユニット３で収音されたものかが判明する。

変換装置１１は、光ファイバ歪み計測装置９で計測されたスペクトルのピークが時間経過と共に変動する際の変動速度及び変動波長幅（ｎｍ単位）を、ホーンユニット３で収音した音の周波数及び音圧（これらの情報を含む音声ファイル）に変換するものである。なお、この変換装置１１は、既存のソフトウェア及びハードウェアで構成することができる。

この収音装置１によれば、ホーンユニット３によって空気中（空中）の音波を捉えることができ、当該ホーンユニット３に捉えられた音波が振動膜３ｂの振動となり、この振動を光ファイバブラッググレーティング７の歪みとして検出することで、音波の検出効率を向上させて、当該音波を収音することができる。

ここで、図３を参照して、収音装置１がＦ１サーキットで用いられた例について説明する。この例では、Ｆ１サーキットのカーブや直線コースに８個のホーンユニット３（３_１、３_２、３_３、３_４、３_５、３_６、３_７、３_８）を設置し、これらのホーンユニット３を光ファイバ５で連結している。

そして、図３に示したように、例えば、ホーンユニット３_１、３_２、３_３では、それぞれの波長ｎｍ（所定波長）のスペクトルによって、音波を検出している。

（収音装置の動作）
次に、図４に示すフローチャートを参照して、収音装置１の動作を説明する（適宜、図１、２参照）。
まず、収音装置１は、ホーンユニット３によって、空気中の音波をキャッチする（音波がホーンユニット３に入力する）（ステップＳ１）。
そうすると、収音装置１は、ホーンユニット３の振動膜３ｂが振動し、この振動を光ファイバブラッググレーティング７によって、反射光として出力する（ステップＳ２）。

そして、収音装置１は、光ファイバ歪計測装置９によって、戻ってきた反射光について、所定波長にピークの有無を検出する（ステップＳ３）。そして、収音装置１は、変換装置１１によって、このピークの変化を、音声として出力する（ステップＳ４）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、ホーンユニット３が複数ある場合について説明したが、このホーンユニット３は１個であってもよい。また、光ファイバブラッググレーティング７を、振動膜３ｂに対し、垂直に張架しているが、別途、検出する音声を補正する補正手段をもちいるならば、斜めであってもよく、さらに、光ファイバブラッググレーティング７を、振動膜３ｂの中心に固定しなくてもよい。

本発明の実施形態に係る収音装置の概観図である。 ホーンユニットの詳細を示した図である。 収音装置をＦ１サーキットで用いた場合を示した図である。 収音装置の動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 収音装置
３ ホーンユニット
３ａ ホーン本体
３ｂ 振動膜
３ｃ 据え付け部
５ 光ファイバ
７ 光ファイバブラッググレーティング
９ 光ファイバ歪計測装置（歪み計測手段）
１１ 変換装置（変換手段）

Claims (2)

1. 光ファイバに入射する入射光を用いて、収音する収音装置であって、
   開口する両端面の一端面の面積よりも他端面の面積が広い中空筒状に形成されたホーン本体と、このホーン本体の一端面を塞ぐように当該一端面近傍の内壁に張着された振動膜とを有するホーンユニットと、
   このホーンユニットの振動膜の中心を貫通すると共に当該振動膜と前記ホーンユニットの内壁に接合する据え付け部との間に支持される光ファイバと、
   前記振動膜及び前記据え付け部の間の前記光ファイバに設けられ、振動で生じた圧力による歪みを、反射光の波長の変化として、当該反射光を出射する光ファイバブラッグレーティングと、
   前記光ファイバに接続されて、前記ホーンユニットの振動膜が振動することで前記光ファイバブラッググレーティングに生じる歪みとして、前記入射光に対して出射される反射光を任意波長のスペクトルとして計測する歪み計測手段と、
   この歪み計測手段で計測されたスペクトルのピークが時間経過と共に変動する際の変動速度及び変動波長幅を、前記ホーンユニットで収音した音の周波数及び音圧に変換する変換手段と、
   を備えることを特徴とする収音装置。
2. 前記ホーンユニットが複数備えられ、
   前記光ファイバは、前記他端面又は前記ホーン本体に設けられた孔部から延出され、他の前記ホーンユニットの他端面又は当該ホーンユニットのホーン本体に設けられた孔部に挿入されて、当該ホーンユニットの振動膜の中心を貫通し、
   前記ホーンユニットそれぞれに対し、前記光ファイバブラッグレーティングの回折格子の間隔を異なるように形成し、
   前記歪み計測手段が、各反射光を、別々の波長のスペクトルとして計測することを特徴とする請求項１に記載の収音装置。

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