JP3059512B2 - 指向性マイクロホンシステム - Google Patents
指向性マイクロホンシステムInfo
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- JP3059512B2 JP3059512B2 JP6808791A JP6808791A JP3059512B2 JP 3059512 B2 JP3059512 B2 JP 3059512B2 JP 6808791 A JP6808791 A JP 6808791A JP 6808791 A JP6808791 A JP 6808791A JP 3059512 B2 JP3059512 B2 JP 3059512B2
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- JP
- Japan
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- microphone
- output
- time delay
- difference
- microphone element
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- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、指向性マイクロホンシステム、
より詳細には、単一指向性マイクロホンを用いた、例え
ば、騒音下での音声入力システムに関する。
より詳細には、単一指向性マイクロホンを用いた、例え
ば、騒音下での音声入力システムに関する。
【０００２】
【従来技術】従来、指向性を持つマイクロホンとして
は、カージオイドの指向特性の単一指向性マイクロホン
が一般的で、鋭い指向性を持つマイクロホンとしては、
２次音圧傾度型マイクロホン、ラインマイクロホン等が
ある。カージオイドのマイクロホンは、安価であるが、
９０度方向で−６ｄＢ、６０度方向で−２.５ｄＢ程度
の減衰しか得られない。２次音圧傾度型マイクロホン
は、通常、カージオイドのマイクロホン素子を２つ用い
て構成され、９０度方向では感度が無く、６０度方向で
−８.５ｄＢ程度の減衰である。しかし、マイクロホン
素子の特性のばらつきに敏感であるという問題点があ
る。この特性のばらつきには、感度と、指向特性の２種
類があるので、両方を調整することは困難であり、ま
た、素子の選別も複雑になる。ラインマイクロホンは、
高域においては、鋭い指向性を有するが、低域での指向
性が鈍いことのほかに、長さが長く、また、高価である
という欠点がある。
は、カージオイドの指向特性の単一指向性マイクロホン
が一般的で、鋭い指向性を持つマイクロホンとしては、
２次音圧傾度型マイクロホン、ラインマイクロホン等が
ある。カージオイドのマイクロホンは、安価であるが、
９０度方向で−６ｄＢ、６０度方向で−２.５ｄＢ程度
の減衰しか得られない。２次音圧傾度型マイクロホン
は、通常、カージオイドのマイクロホン素子を２つ用い
て構成され、９０度方向では感度が無く、６０度方向で
−８.５ｄＢ程度の減衰である。しかし、マイクロホン
素子の特性のばらつきに敏感であるという問題点があ
る。この特性のばらつきには、感度と、指向特性の２種
類があるので、両方を調整することは困難であり、ま
た、素子の選別も複雑になる。ラインマイクロホンは、
高域においては、鋭い指向性を有するが、低域での指向
性が鈍いことのほかに、長さが長く、また、高価である
という欠点がある。
【０００３】
【目的】本発明は、上述のごとき従来技術の欠点に鑑み
なされたもので、特に、鋭い指向性を有するマイクロホ
ンシステムにおいて、使用するマイクロホン素子のばら
つきに容易に対応でき、更には、鋭い指向性を有すると
ともに、平坦な周波数特性を有するマイクロホンシステ
ム実現することを目的としてなされたものである。
なされたもので、特に、鋭い指向性を有するマイクロホ
ンシステムにおいて、使用するマイクロホン素子のばら
つきに容易に対応でき、更には、鋭い指向性を有すると
ともに、平坦な周波数特性を有するマイクロホンシステ
ム実現することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
一直線上に等間隔で配置された３個の無指向性マイクロ
ホン素子と複数個の時間遅延手段と複数個の減算手段を
有し、該３個のマイクロホン素子のそれぞれの出力であ
る第１のマイクロホン素子出力、第２のマイクロホン素
子出力、第３のマイクロホン素子出力を用いて、上記第
１のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手段による第
１の時間遅延を掛けたものと上記第２のマイクロホン素
子出力との差、又は、上記第１のマイクロホン素子出力
と上記第２のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手段
による第１の時間遅延を掛けたものとの差、を上記減算
手段によって求めて第１の差信号とし、上記第２のマイ
クロホン素子出力に上記時間遅延手段による第１の時間
遅延を掛けたものと上記第３のマイクロホン素子出力と
の差、又は、上記第２のマイクロホン素子出力と上記第
３のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手段による第
１の時間遅延を掛けたものとの差、を上記減算手段によ
って求めて第２の差信号とし、上記第１の差信号に上記
時間遅延手段による第２の時間遅延を掛けたものと上記
第２の差信号との差、又は、上記第１の差信号と上記第
２の差信号に上記時間遅延手段による第２の時間遅延を
掛けたものとの差、を上記減算手段によって求めてシス
テムの出力信号とすることを特徴としたものであり、更
には、（２）上記（１）において、更に、該システムの
出力の低減を強調する低域強調手段を設けたことを特徴
としたものである。以下、本発明の実施例に基いて説明
する。
一直線上に等間隔で配置された３個の無指向性マイクロ
ホン素子と複数個の時間遅延手段と複数個の減算手段を
有し、該３個のマイクロホン素子のそれぞれの出力であ
る第１のマイクロホン素子出力、第２のマイクロホン素
子出力、第３のマイクロホン素子出力を用いて、上記第
１のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手段による第
１の時間遅延を掛けたものと上記第２のマイクロホン素
子出力との差、又は、上記第１のマイクロホン素子出力
と上記第２のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手段
による第１の時間遅延を掛けたものとの差、を上記減算
手段によって求めて第１の差信号とし、上記第２のマイ
クロホン素子出力に上記時間遅延手段による第１の時間
遅延を掛けたものと上記第３のマイクロホン素子出力と
の差、又は、上記第２のマイクロホン素子出力と上記第
３のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手段による第
１の時間遅延を掛けたものとの差、を上記減算手段によ
って求めて第２の差信号とし、上記第１の差信号に上記
時間遅延手段による第２の時間遅延を掛けたものと上記
第２の差信号との差、又は、上記第１の差信号と上記第
２の差信号に上記時間遅延手段による第２の時間遅延を
掛けたものとの差、を上記減算手段によって求めてシス
テムの出力信号とすることを特徴としたものであり、更
には、（２）上記（１）において、更に、該システムの
出力の低減を強調する低域強調手段を設けたことを特徴
としたものである。以下、本発明の実施例に基いて説明
する。
【０００５】図１は、請求項１に記載した発明の一実施
例を説明するための構成図で、マイクロホン素子１、
２、３は、無指向性で、一直線上に等間隔に配置されて
いる。マイクアンプ１１、１２、１３は、それぞれ、マ
イクロホン素子１、２、３の出力の増幅を行う。マイク
ロホン素子の感度のばらつきに関しては、感度の同様な
ものを組みにするか、又は、マイクアンプのゲインの調
整により感度を合わせるようにする。ローパスフィルタ
１４、１５、１６は、それぞれ、マイクアンプ１１、１
２、１３の出力の高域除去を行う。マルチプレクサ１７
は、マイクアンプ１４、１５、１６の出力を一定のサン
プリング周期で選択する。ここでは４サンプルを１サイ
クルとして、その１サイクル中のサンプルの順番は、ロ
ーパスフィルタ１５、１６、１４、１５の順（即ち、マ
イクロホン素子２、３、１、２の順）で出力を選択す
る。Ａ／Ｄ変換器１８は、マルチプレクサ１７の出力を
そのサンプリング周期と同じ周期でデジタル化する。Ａ
／Ｄ変換器１８の出力は、同様に４サンプルで１サイク
ルのデータとして扱われる。ラッチ２２は、１サイクル
のうち最初のサンプル（マイクロホン素子２）の値を記
憶する。減算器２４は、１サイクルのうち第２番目のサ
ンプル（マイクロホン素子３）の値が出た時点で、ラッ
チ２２に記憶された値から第２番目のサンプルの値を減
じる。ラッチ２５は、減算器２４の演算が行われた時点
でその演算結果を記憶する。ラッチ２１は、１サイクル
のうち第３番目のサンプル（マイクロホン素子１）の値
を記憶する。減算器２３は、１サイクルのうち第４番目
のサンプル（マイクロホン素子２）の値が出た時点で、
ラッチ２２に記憶された値から第４番目のサンプルの値
を減じる。演算器２６は、減算器２３の演算が行われた
時点でその演算結果からラッチ２２に記憶された値を減
じる。この結果が１サイクル毎にシステムの出力とな
る。
例を説明するための構成図で、マイクロホン素子１、
２、３は、無指向性で、一直線上に等間隔に配置されて
いる。マイクアンプ１１、１２、１３は、それぞれ、マ
イクロホン素子１、２、３の出力の増幅を行う。マイク
ロホン素子の感度のばらつきに関しては、感度の同様な
ものを組みにするか、又は、マイクアンプのゲインの調
整により感度を合わせるようにする。ローパスフィルタ
１４、１５、１６は、それぞれ、マイクアンプ１１、１
２、１３の出力の高域除去を行う。マルチプレクサ１７
は、マイクアンプ１４、１５、１６の出力を一定のサン
プリング周期で選択する。ここでは４サンプルを１サイ
クルとして、その１サイクル中のサンプルの順番は、ロ
ーパスフィルタ１５、１６、１４、１５の順（即ち、マ
イクロホン素子２、３、１、２の順）で出力を選択す
る。Ａ／Ｄ変換器１８は、マルチプレクサ１７の出力を
そのサンプリング周期と同じ周期でデジタル化する。Ａ
／Ｄ変換器１８の出力は、同様に４サンプルで１サイク
ルのデータとして扱われる。ラッチ２２は、１サイクル
のうち最初のサンプル（マイクロホン素子２）の値を記
憶する。減算器２４は、１サイクルのうち第２番目のサ
ンプル（マイクロホン素子３）の値が出た時点で、ラッ
チ２２に記憶された値から第２番目のサンプルの値を減
じる。ラッチ２５は、減算器２４の演算が行われた時点
でその演算結果を記憶する。ラッチ２１は、１サイクル
のうち第３番目のサンプル（マイクロホン素子１）の値
を記憶する。減算器２３は、１サイクルのうち第４番目
のサンプル（マイクロホン素子２）の値が出た時点で、
ラッチ２２に記憶された値から第４番目のサンプルの値
を減じる。演算器２６は、減算器２３の演算が行われた
時点でその演算結果からラッチ２２に記憶された値を減
じる。この結果が１サイクル毎にシステムの出力とな
る。
【０００６】図２は、上記実施例におけるシステムの出
力について説明するための図で、同図は、各マイクロホ
ン素子１、２、３と音源Ｓの方向の関係を示す。マイク
ロホン素子の間隔をＬとし、サンプリング周期をτとす
る。ここでは音源は十分遠方にある場合を考える。Ａ／
Ｄ変換器１８で得られる、マイクロホン素子１、２、３
に対する出力を、それぞれ、ｙ１，ｙ２，ｙ３とする
と、角周波数ω、音源方向θ、時間ｔに対して、 ｙ１(ω，θ，ｔ)＝Ａ・eｘp(ｊω(ｔ＋Ｌ・cosθ/Ｃ)) ｙ２(ω，θ，ｔ)＝Ａ・eｘp(ｊωｔ) ｙ３(ω，θ，ｔ)＝Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−Ｌ・cosθ/Ｃ)) (Ｃ：音速、Ａ：定数) と表せる。ラッチ２１、２２による遅延時間はτ、ラッ
チ２５による遅延時間は２τであり、システムの出力ｙ
は、 ｙ(ω,θ,ｔ)＝ｙ１(ω,θ,ｔ−τ）−ｙ２(ω,θ,ｔ) −ｙ２(ω,θ,ｔ−３τ）＋ｙ３(ω,θ,ｔ−２τ) ＝Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−τ＋Ｌ・cosθ/Ｃ)） −Ａ・eｘp(ｊωｔ) −Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−３τ）) ＋Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−２τ−Ｌ・cosθ/Ｃ)） ＝−Ａ・eｘp(ｊωｔ)・{１−exp(ｊω(τ−Ｌ・cosθ/
Ｃ)）}・ {１−exp(ｊω(−２τ−Ｌ・cosθ/Ｃ)）}（１） となる。この式（１）は、τ＝Ｌ・cosθ／ｃの時と、
２τ＝−Ｌ・cosθ／ｃの時に出力ｙが、ｙ＝０になる
ことを示している。例えば、Ｃ＝３４０ｍ／sec、Ｌ＝
２７.７６mm、τ＝０.０３１２５msec(３２kHz)とする
と、α≒３／８・π、β≒７／９・πなるα、βに対し
て、τ＝Ｌ・cosα／Ｃ、２τ＝−Ｌ・cosβ／Ｃであ
り、出力ｙ＝０となる。この場合の各ω，θに対する出
力ｙを表１〜２に示す。この表で、周波数はHz、角度は
度、出力はｄＢで表示されていて、０ｄＢは、マイク２
のみの出力に合わせている。この表から、２５０Hzから
4kHzの周波数に対して、５５°以上の角度に対して、お
よそ−１０ｄＢ以上の減衰があることが分かる。
力について説明するための図で、同図は、各マイクロホ
ン素子１、２、３と音源Ｓの方向の関係を示す。マイク
ロホン素子の間隔をＬとし、サンプリング周期をτとす
る。ここでは音源は十分遠方にある場合を考える。Ａ／
Ｄ変換器１８で得られる、マイクロホン素子１、２、３
に対する出力を、それぞれ、ｙ１，ｙ２，ｙ３とする
と、角周波数ω、音源方向θ、時間ｔに対して、 ｙ１(ω，θ，ｔ)＝Ａ・eｘp(ｊω(ｔ＋Ｌ・cosθ/Ｃ)) ｙ２(ω，θ，ｔ)＝Ａ・eｘp(ｊωｔ) ｙ３(ω，θ，ｔ)＝Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−Ｌ・cosθ/Ｃ)) (Ｃ：音速、Ａ：定数) と表せる。ラッチ２１、２２による遅延時間はτ、ラッ
チ２５による遅延時間は２τであり、システムの出力ｙ
は、 ｙ(ω,θ,ｔ)＝ｙ１(ω,θ,ｔ−τ）−ｙ２(ω,θ,ｔ) −ｙ２(ω,θ,ｔ−３τ）＋ｙ３(ω,θ,ｔ−２τ) ＝Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−τ＋Ｌ・cosθ/Ｃ)） −Ａ・eｘp(ｊωｔ) −Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−３τ）) ＋Ａ・eｘp(ｊω(ｔ−２τ−Ｌ・cosθ/Ｃ)） ＝−Ａ・eｘp(ｊωｔ)・{１−exp(ｊω(τ−Ｌ・cosθ/
Ｃ)）}・ {１−exp(ｊω(−２τ−Ｌ・cosθ/Ｃ)）}（１） となる。この式（１）は、τ＝Ｌ・cosθ／ｃの時と、
２τ＝−Ｌ・cosθ／ｃの時に出力ｙが、ｙ＝０になる
ことを示している。例えば、Ｃ＝３４０ｍ／sec、Ｌ＝
２７.７６mm、τ＝０.０３１２５msec(３２kHz)とする
と、α≒３／８・π、β≒７／９・πなるα、βに対し
て、τ＝Ｌ・cosα／Ｃ、２τ＝−Ｌ・cosβ／Ｃであ
り、出力ｙ＝０となる。この場合の各ω，θに対する出
力ｙを表１〜２に示す。この表で、周波数はHz、角度は
度、出力はｄＢで表示されていて、０ｄＢは、マイク２
のみの出力に合わせている。この表から、２５０Hzから
4kHzの周波数に対して、５５°以上の角度に対して、お
よそ−１０ｄＢ以上の減衰があることが分かる。
【０００７】
【表１】
【０００８】
【表２】
【０００９】上記の実施例では、システムの出力は８kH
zであり４kHz以上の信号を表現できないが、各サンプリ
ング周期毎に２ないし３個のマイクロホン素子の出力を
同時に得ることによって、１６kHZまたは３２kHzのシス
テムの出力を得ることができる。また、出力ｙの式や、
定数Ｌ，τ，α，βの選び方、出力ｙを実現するための
遅延や減算の方法は、他にもいろいろあり容易に類推で
きるが、これらは本発明に含まれるものである。
zであり４kHz以上の信号を表現できないが、各サンプリ
ング周期毎に２ないし３個のマイクロホン素子の出力を
同時に得ることによって、１６kHZまたは３２kHzのシス
テムの出力を得ることができる。また、出力ｙの式や、
定数Ｌ，τ，α，βの選び方、出力ｙを実現するための
遅延や減算の方法は、他にもいろいろあり容易に類推で
きるが、これらは本発明に含まれるものである。
【００１０】図３は、請求項２に記載した発明の一実施
例を説明するための構成図で、マイクロホン素子１、
２、３、マイクアンプ１１、１２、１３、ローパスフィ
ルタ１４、１５、１６、マルチプレクサ１７、Ａ／Ｄ変
換器１８、ラッチ２１、２２、２５、減算器２３、２
４、２６は、図１のものと同様であり、３１は本実施例
によって付加されたローパスフィルタである。このロー
パスフィルタ３１はデジタルフィルタで構成され、減算
器２６の出力の低域を強調する。そのカットオフ周波数
は、システムで必要な帯域の最低の周波数に設定され
る。なお、この実施例で、低域の増幅率が大きくなりす
ぎる場合には、異なるマイクロホン間隔を持つ複数個の
システムを組み合わせることにより増幅率を抑えること
もできる。
例を説明するための構成図で、マイクロホン素子１、
２、３、マイクアンプ１１、１２、１３、ローパスフィ
ルタ１４、１５、１６、マルチプレクサ１７、Ａ／Ｄ変
換器１８、ラッチ２１、２２、２５、減算器２３、２
４、２６は、図１のものと同様であり、３１は本実施例
によって付加されたローパスフィルタである。このロー
パスフィルタ３１はデジタルフィルタで構成され、減算
器２６の出力の低域を強調する。そのカットオフ周波数
は、システムで必要な帯域の最低の周波数に設定され
る。なお、この実施例で、低域の増幅率が大きくなりす
ぎる場合には、異なるマイクロホン間隔を持つ複数個の
システムを組み合わせることにより増幅率を抑えること
もできる。
【００１１】
【効果】以上の説明から明らかなように、請求項１に記
載の発明によると、３個のマイクロホン素子と、遅延手
段と、減算手段とを用いているので、出力がゼロとなる
角度を２つ選ぶことができ、鋭い指向性を得ることがで
きる。また、無指向性マイクロホン素子を用いているの
で、特性のばらつきに関して補正が容易である。更に、
請求項２に記載の本発明によると、３個のマイクロホン
素子と、遅延手段と、減算手段と、低域強調手段とを用
いているので、鋭い指向性と平坦な周波数特性を得るこ
とができる。
載の発明によると、３個のマイクロホン素子と、遅延手
段と、減算手段とを用いているので、出力がゼロとなる
角度を２つ選ぶことができ、鋭い指向性を得ることがで
きる。また、無指向性マイクロホン素子を用いているの
で、特性のばらつきに関して補正が容易である。更に、
請求項２に記載の本発明によると、３個のマイクロホン
素子と、遅延手段と、減算手段と、低域強調手段とを用
いているので、鋭い指向性と平坦な周波数特性を得るこ
とができる。
【図１】 請求項１に記載の発明の一実施例を説明する
ための構成図である。
ための構成図である。
【図２】 マイクロホン素子と音源方向の関係を説明す
るための図である。
るための図である。
【図３】 請求項２に記載の発明の一実施例を説明する
ための構成図である。
ための構成図である。
１，２，３…マイクロホン素子、１１，１２，１３…マ
イクアンプ、１４，１５，１６…ローパスフィルタ、１
７…マルチプレクサ、１８…Ａ／Ｄ変換器、２１，２
２，２５…ラッチ回路、２３，２４，２６…減算器、３
１…ローパスフィルタ。
イクアンプ、１４，１５，１６…ローパスフィルタ、１
７…マルチプレクサ、１８…Ａ／Ｄ変換器、２１，２
２，２５…ラッチ回路、２３，２４，２６…減算器、３
１…ローパスフィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 3/00 320 H04R 1/40 320
Claims (2)
- 【請求項１】 一直線上に等間隔で配置された３個の無
指向性マイクロホン素子と、複数個の時間遅延手段と、
複数個の減算手段を有し、該３個のマイクロホン素子の
それぞれの出力である第１のマイクロホン素子出力、第
２のマイクロホン素子出力、第３のマイクロホン素子出
力を用いて、上記第１のマイクロホン素子出力に上記時
間遅延手段による第１の時間遅延を掛けたものと上記第
２のマイクロホン素子出力との差、又は、上記第１のマ
イクロホン素子出力と上記第２のマイクロホン素子出力
に上記時間遅延手段による第１の時間遅延を掛けたもの
との差、を上記減算手段によって求めて第１の差信号と
し、上記第２のマイクロホン素子出力に上記時間遅延手
段による第１の時間遅延を掛けたものと上記第３のマイ
クロホン素子出力との差、又は、上記第２のマイクロホ
ン素子出力と上記第３のマイクロホン素子出力に上記時
間遅延手段による第１の時間遅延を掛けたものとの差、
を上記減算手段によって求めて第２の差信号とし、上記
第１の差信号に上記時間遅延手段による第２の時間遅延
を掛けたものと上記第２の差信号との差、又は、上記第
１の差信号と上記第２の差信号に上記時間遅延手段によ
る第２の時間遅延を掛けたものとの差、を上記減算手段
によって求めてシステムの出力信号とすることを特徴と
する指向性マイクロホンシステム。 - 【請求項２】 請求項１記載の指向性マイクロホンシス
テムにおいて、更に、該システムの出力に該システムの
出力信号の低域を強調する低域強調手段を設けたことを
特徴とする指向性マイクロホンシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6808791A JP3059512B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 指向性マイクロホンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6808791A JP3059512B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 指向性マイクロホンシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04278797A JPH04278797A (ja) | 1992-10-05 |
| JP3059512B2 true JP3059512B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=13363606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6808791A Expired - Lifetime JP3059512B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 指向性マイクロホンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059512B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101959099B (zh) * | 2010-04-12 | 2013-12-25 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 指向性麦克风装置 |
| JP7047508B2 (ja) | 2018-03-16 | 2022-04-05 | 株式会社リコー | 表示装置及び通信端末 |
-
1991
- 1991-03-06 JP JP6808791A patent/JP3059512B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04278797A (ja) | 1992-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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