JPH0698391A - マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 横方向感度を零とすると共に広帯域にわたっ
て狹指向性を得る。 【構成】 ２本の単一指向性マイクロホン20、22を、こ
れらの基準軸がほぼ一致するように間隔Ｄを隔てて配置
し、これらマイクロホンの出力信号の差を加算器24で得
る音圧二次傾度マイクロホン14、16、18を互いの基準軸
がほぼ平行となる状態に、間隔ｄを隔てて配置し、これ
ら音圧二次傾度マイクロホン14、16、18の正面感度周波
数特性とほぼ相補な周波数特性を有するイコライザ28、
30、32に、音圧二次傾度マイクロホン14、16、18の出力
信号をそれぞれ供給し、これらイコライザ28、30、32の
出力信号を加算器34で加算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロホン装置に関
し、特に複数のマイクロホンを使用したマイクロホンア
レイに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロホンアレイには、例えば
図８に示すように、単一指向性マイクロホン１０を複数
本、例えば３本を、その基準軸が互いに平行になるよう
に、間隔ｄを隔てて配置し、これらマイクロホン１０の
各出力を加算器１２によって加算するものがあった。

【０００３】各単一指向性マイクロホン１０が、（１＋
ｃｏｓθ）／２の指向性を有するものとすると（θは音
波の入射角（図８参照））、このマイクロホンアレイの
指向性は、次のようになる。即ち、入射角θで平面波が
入射しているとき、各マイクロホン１０の設置位置での
音圧には、図８に示すようにｄ・ｓｉｎθの整数倍の距
離による位相差が生じている。各マイクロホン１０の感
度は全て等しいとし、各マイクロホン１０の出力端子に
現れる電圧をＰ、平面波の波長定数をｋとすると、加算
器１２に生じる総合出力Φ（θ）は、数１で表される。

【０００４】

【数１】

【０００５】数１の級数部分のみを計算すると、数２と
なる。

【０００６】

【数２】

【０００７】従って、総合出力Φ（θ）は、数３で表さ
れる。

【０００８】

【数３】

【０００９】正面から平面波が入射した場合（θ＝０）
の総合出力Φ（0)は、数４で表されるが、これを基準と
して指向特性Ｒを表すと定めると、Ｒは数５で表され
る。

【００１０】

【数４】

【数５】

【００１１】さらに、各マイクロホン１０は、単一指向
性であることから、Ｐは入射角θに応じて（１＋ｃｏｓ
θ）／２に従って変化するので、図８のマイクロホンア
レイの指向特性は数６で表される。

【００１２】

【数６】

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】数６からも明らかなよ
うに、このマイクロホンアレイでは、θ＝９０°の場合
に対して、感度は恒等的に零にならない。従って、θ＝
９０°の方向からのノイズを収音しやすいという問題点
があった。また、数６中の波長定数ｋは、入射する音波
の周波数によって変化するが、間隔ｄは一定である。従
って、図９に示すように、入射する音波の周波数の変化
に応じて指向特性が変化し、広い周波数帯域にわたっ
て、安定した狭指向特性を得ることができないという問
題点があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の各問題
点を解決するためになされたもので、互いの基準軸がほ
ぼ平行となる状態に、複数の音圧二次傾度マイクロホン
を配置し、これら音圧二次傾度マイクロホンの周波数特
性とほぼ相補な周波数特性を有する複数のイコライザ手
段に、各音圧二次傾度マイクロホンの出力信号をそれぞ
れ供給し、これらイコライザ手段の出力信号を加算手段
によって加算するものである。

【００１５】

【作用】本発明で使用している音圧二次傾度マイクロホ
ンは、２本の単一指向性マイクロホンを、これらの基準
軸がほぼ一致するように基準軸方向に間隔を隔てて配置
し、これらマイクロホンの出力信号の偏差を得るもので
ある。従って、基準軸に対して直角な方向（入射角＝９
０°）からの音波は、位相の遅れがなく、各マイクロホ
ンに入射される。従って、これらマイクロホンの出力信
号の偏差を求めると、入射角９０°からの音波は互いに
打ち消しあう。その結果、入射角９０°に対する感度を
零にすることができる。

【００１６】また、音圧二次傾度マイクロホンは、基準
軸方向に間隔を隔ててマイクロホンが配置されているの
で、特定の周波数特性を有しているが、この周波数特性
とほぼ相補な周波数特性を有するイコライザ手段に、音
圧二次傾度マイクロホンの出力信号を入力することによ
って、音圧二次傾度マイクロホンの周波数特性を広い周
波数帯域にわたって平坦にしている。なお、音圧二次傾
度マイクロホンを複数本用いているのは、アレイ状に配
することによって指向性を狭指向性とするためと、正面
方向（入射角θ＝０°）の感度を上げるためである。

【００１７】

【実施例】この実施例は、例えば会議場の各机に配置す
るもので、図１に示すように、３組の音圧二次傾度マイ
クロホン１４、１６、１８を有している。これら音圧二
次傾度マイクロホン１４、１６、１８は、同一の構成で
あるので、図２を参照して、音圧二次傾度マイクロホン
１４についてのみ詳細に説明する。

【００１８】図２に示すように、音圧二次傾度マイクロ
ホン１４は、２本の単一指向性マイクロホン２０、２２
を有している。これら単一指向性マイクロホン２０、２
２は、いずれも指向性が（１＋ｃｏｓθ）／２で表され
るもので、それぞれの基準軸２５、２６が一致するよう
に、基準軸方向に間隔Ｄ、例えば約２７ｍｍを隔てて配
置されている。これら単一指向性マイクロホン２０、２
２の出力信号は、加算器２４に供給され、両者の差が出
力される。

【００１９】この音圧二次傾度マイクロホン１４では、
マイクロホン２０、２２に、これらの基準軸２５、２６
に対して真横（入射角θ＝９０°）の方向から平面波の
音波が入射した場合、基準軸２５、２６が一致している
ので、各マイクロホン２０、２２の位置での音圧には、
なんら位相差が生じていない。従って、両者の出力の差
を加算器２４で求めると、入射角９０°に対して感度が
零となる。図３は、周波数１ＫＨｚにおける音圧二次傾
度マイクロホン１４の指向特性を示したもので、これか
らも入射角９０°に対して感度が零であり、従来のマイ
クロホンアレイよりも鋭い指向性パターンとなっている
ことが明らかである。

【００２０】このような音圧二次傾度マイクロホン１
４、１６、１８を、これらを構成している単一指向性マ
イクロホン２０、２２の基準軸がほぼ平行となるよう
に、間隔ｄ、例えば３００ｍｍを隔てて配置してある。
従って、これら音圧二次傾度マイクロホン１４、１６、
１８の出力信号を合成したものは、各周波数において、
例えば図４に示すように、入射角９０°に対して感度が
零となる。なお、低域でより鋭い指向性パターンを得る
ようにするために、図１に示すように中央部の音圧二次
傾度マイクロホン１６の出力にハイパスフィルタ３８を
作用させ、低域においては両端の音圧二次傾度マイクロ
ホン１４、１８の出力のみを合成するようにしている。
また、高域で指向性パターン上の極端なサイドローブが
生ずることを防止するために、図１に示すように両端部
の音圧二次傾度マイクロホン１４、１８の出力にローパ
スフィルタ３６、４０を作用させて、高域においては両
端の音圧二次傾度マイクロホン１４、１８の出力が合成
されないようにしている。このようにローパスフィルタ
３６、４０、ハイパスフィルタ３８を用いることによ
り、図４に示すように低域から高域までほぼ均一な指向
性パターンを得ることができる。

【００２１】しかし、各音圧二次傾度マイクロホン１
４、１６、１８を構成している単一指向性マイクロホン
２０、２２は、基準軸２５、２６の方向に距離Ｄを隔て
て配置されているので、正面方向から入射する音波に対
しては、マイクロホン２０、２２の位置での音圧には位
相差が生じている。従って、入射する音波の周波数によ
って、図５に示すように、音圧二次傾度マイクロホン１
４、１６、１８の正面感度は、異なったものとなる。例
えば、この実施例では、Ｄを２７ｍｍに選択しているの
で、１２．６ｋＨｚでディップが生じ、感度が大きく低
下している。なお、Ｄを２７ｍｍとしているのは、次の
理由による。Ｄを大きくすればする程、低い周波数でも
指向性を持たせることができるが、Ｄを大きくするにつ
れて、ディップの生じる周波数が低くなる。一般に音声
の帯域は、最高で１０ｋＨｚ程度の成分を含むので、こ
の程度までの周波数成分を充分に収音するため、距離を
２７ｍｍとして、ディップが１２．６ｋＨｚに生じるよ
うにしている。

【００２２】このような音圧二次傾度マイクロホン１
４、１６、１８の出力を、例えば図６に示すような、音
圧二次傾度マイクロホン１４の正面感度周波数特性とほ
ぼ相補な周波数特性を有するイコライザ２８、３０、３
２に入力すると、各音圧二次傾度マイクロホン１４、１
６、１８の正面感度周波数特性は、それぞれ図７に示す
ように広い周波数帯域にわたってほぼ平坦な周波数特性
となる。このような平坦な周波数特性とされた各音圧二
次傾度マイクロホンとイコライザの総合の出力信号を加
算器３４で加算することによって、広い周波数帯域で安
定した狹指向性のマイクロホン装置を得ることができ
る。

【００２３】なお、音圧二次傾度マイクロホン１４、１
６、１８の間隔ｄを３００ｍｍとしたのは、次の理由に
よる。間隔ｄを大きくすればする程、低い周波数でも指
向性を持たせることができるが、このマイクロホン装置
は、会議場等において机上に設置されるものであるの
で、各音圧二次傾度マイクロホン１４、１６、１８を机
上に並べて、机の幅に収まる程度にしようとすると、両
端のマイクロホン１４、１８の間隔を６００ｍｍ程度に
する必要がある。従ってｄは３００ｍｍに選択してあ
る。

【００２４】また、上記の実施例では、音圧二次傾度マ
イクロホンは、３組設けたが、この組数は任意に増加す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、音圧二
次傾度マイクロホンを用いて、マイクロホンアレイを構
成している。従って横方向、即ち正面に対して９０°の
方向に対して感度を零とすることができるので、周囲雑
音を収音することがない。しかも、この音圧二次傾度マ
イクロホンの正面感度周波数特性をイコライザを用い
て、平坦としているので、広い周波数帯域にわたって安
定した狭指向性を得ることができる。そして、このよう
に横方に感度が零であって、周波数特性を平坦化した音
圧二次傾度マイクロホンを複数組、使用してマイクロホ
ンアレイを構成しているので、音圧二次傾度マイクロホ
ンを単体で使用した場合よりも鋭い指向性パターンを有
するものとすることができ、例えば会議場の各机上に設
けるマイクロホン装置として適したものを得ることがで
きる。また、各音圧二次傾度マイクロホンの中央のもの
の出力をハイパスフィルタに入力するようにしているの
で、低域では両端の音圧二次傾度マイクロホンの出力の
みが合成されるので、低域で鋭い指向性パターンが得ら
れる。また、各音圧二次傾度マイクロホンの両端のもの
の出力をローパスフィルタに入力するようにしているの
で、高域においては中央の音圧二次傾度マイクロホンの
出力のみが出力され、高域で指向性パターン上の極端な
サイドローブが生ずることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマイクロホン装置の１実施例のブ
ロックダイアグラムである。

【図２】同実施例に使用する音圧二次傾度マイクロホン
のブロックダイアグラムである。

【図３】図２の音圧二次傾度マイクロホンの指向性パタ
ーンを示す図である。

【図４】この実施例のように各音圧二次傾度マイクロホ
ンを配置して各マイクロホンの出力を合成した場合の指
向性を示す図である。

【図５】図２の音圧二次傾度マイクロホンの正面感度周
波数特性を示す図である。

【図６】本実施例で使用するイコライザの周波数特性を
示す図である。

【図７】図２の音圧二次傾度マイクロホンの出力が入力
された図６のイコライザの出力の周波数特性を示す図で
ある。

【図８】従来のマイクロホン装置のブロックダイアグラ
ムである。

【図９】図８のマイクロホン装置の指向性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１４、１６、１８ 音圧二次傾度マイクロホン ２８、３０、３２ イコライザ ３４ 加算器 ３６、４０ ローパスフィルタ ３８ ハイパスフィルタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いの基準軸がほぼ平行となる状態に配
   置された複数の音圧二次傾度マイクロホンと、これら音
   圧二次傾度マイクロホンの周波数特性とほぼ相補な周波
   数特性を有し上記各音圧二次傾度マイクロホンの出力信
   号がそれぞれ供給される複数のイコライザ手段と、これ
   らイコライザ手段の出力信号を加算する加算手段とを、
   具備するマイクロホン装置。
2. 【請求項２】 上記各音圧二次傾度マイクロホンのうち
   中央に位置するものの出力が入力されるハイパスフィル
   タを備えたことを特徴とする請求項１記載のマイクロホ
   ン装置。
3. 【請求項３】 上記各音圧二次傾度マイクロホンのうち
   両端部に位置するものの出力が入力されるローパスフィ
   ルタを備えたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ
   ホン装置。