JPH0763199B2 - 電気音響変換装置 - Google Patents

電気音響変換装置

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JPH0763199B2
JPH0763199B2 JP19394584A JP19394584A JPH0763199B2 JP H0763199 B2 JPH0763199 B2 JP H0763199B2 JP 19394584 A JP19394584 A JP 19394584A JP 19394584 A JP19394584 A JP 19394584A JP H0763199 B2 JPH0763199 B2 JP H0763199B2
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microphone
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裕 一ノ瀬
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00Circuits for transducers
    • H04R3/005Circuits for transducers for combining the signals of two or more microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/40Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/4012D or 3D arrays of transducers
    • HELECTRICITY
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    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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  • Signal Processing (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のマイクロホン素子を用い、総合的に特
定方向かつドーナツ状の指向特性を得る電気音響変換装
置に関するものである。
〔従来の技術〕
かゝる装置は、大規模な円卓状会議、座談会、または、
通信回線を介する相手側との同様な会議または座談会等
において、各参会者の発声を集音して増幅のうえ、天井
等のスピーカから放声し、あるいは、通信回線を介する
相手側の発声を同様のスピーカから放声すると共に、各
参会者の発声を相手側へ送信する場合等に用いられてお
り、従来は、米国特許第4311874号、および本出願人の
別途出願による「集音装置」(特願昭58−197521)等の
手段が提案されている。
すなわち、前者においては、数10個の無指向性マイクロ
ホンを直線状に配列し、水平面内において無指向性、垂
直面内においてはドーナツ状の指向特性を得ており、後
者においては、円の中心に1個のマイクロホン素子を配
置すると共に、円の円周上へ等間隔により4個のマイク
ロホン素子を配置し、中心のマイクロホン素子出力に対
し4の相対的利得を与える一方、円周上の各マイクロホ
ン素子出力に対し1の相対的利得を与えかつ位相反転を
与えたうえ、これらの各出力を加算し、ドーナツ上の指
向特性を得ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、前者においては、マイクロホン数が多く、これ
に応じて増幅器等の周辺機器数も増加し、利得調整等が
面倒になると共に、各マイクロホンに同等の特性を揃え
るのが困難になる等の問題を生じており、後者において
は、中心のマイクロホン系と円周上のマイクロホン系と
の利得差が4:1となり、中心のマイクロホン系の利得変
動が大きく影響し、全般的に指向特性が不安定となる問
題を生じている。
本発明は、従来のかゝる欠点を根本的に解決する目的を
有し、マイクロホン素子(以下、素子)数が少なく、か
つ、指向特性の安定な電気音響変換装置を提供するもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
このため、本発明はつぎの手段により構成されるものと
なつている。
すなわち、第1の発明は、円状に等間隔で配置されかつ
その円の中心軸上に配置したスピーカからの距離が等し
い少なくとも3個の周辺マイクロホン素子と、円の中心
に配置され周辺マイクロホンから発生する信号と同位相
の出力信号を発生する1個の中心マイクロホン素子と、
中心マイクロホン素子の出力に対し1の相対的利得を与
える回路と、周辺マイクロホン素子の数をnとしたとき
そのマイクロホン素子出力に対し1/nの相対的利得を与
えかつ相対的位相反転を与える回路と、これら各回路の
各出力を加算する加算器とを備えている。
第2発明は、円状に等間隔で配置されかつ円の中心軸上
に配置したスピーカからの距離が等しい少なくとも3個
の周辺マイクロホン素子と、円の中心に配置されかつ円
の中心軸上に配置したスピーカからの距離が、そのスピ
ーカから円周上のマイクロホンまでの距離と等しい1個
の中心マイクロホン素子と、中心マイクロホン素子出力
に対し1の相対的利得を与える回路と、周辺マイクロホ
ン素子数をnとしたときその各マイクロホン素子出力に
対し1/nの相対的利得を与えかつ相対的位相反転を与え
る回路と、これら各回路の各出力を加算する加算器とを
備えたものである。
また、第3の発明は、内方円の円周上へ等間隔により配
置した少くとも3個の素子と、内方円と同心円状かつ内
方円より大きな直径を有する外方円の円周上へ等間隔に
より配置した少くとも3個の素子と、内方円の素子数を
mとしたときこれらの各素子出力に対し1/mの相対的利
得を与える回路と、外方円の素子数をnとしたときこれ
ら各素子出力に対し1/nの相対的利得を与えかつ相対的
位相反転を与える回路と、これら各回路の各出力を加算
する加算器とにより構成したものである。
〔作 用〕
したがつて、加算器により各素子の出力が各々所定の比
率および位相関係により合成され、円周を含む平面に沿
つた方向を主な指向方向とするドーナツ状の指向特性が
得られる。
〔実施例〕
以下、実施例を示す図によつて本発明の詳細を説明す
る。
第1図は、第1発明と対応する構成図であり、円の中心
に1個の素子10を配置すると共に、点線により示す円の
円周上とn個の素子11〜1nを互に360゜/nの相対角度に
より等間隔として配置し、素子10の出力は増幅器20を介
し、素子11〜1nの各出力は各々増幅器21〜2nを介し、加
算器3において加算している一方、円周を含む平面に対
し垂直方向かつ素子10の上方にスピーカ5を設けてあ
り、加算器3の出力が図上省略した増幅系を介してスピ
ーカ5を駆動するものとなつている。
第2図は、第1図の構成による動作原理を一般的に説明
するための図であり、素子10と素子11〜1nとの距離を
d、スピーカ5による音源点Sと素子10との距離をr0
音源点Sと円周を含む平面との垂直距離をr1、音源点S
と円周上の素子1iとの距離をri、円周を含む平面上にお
ける素子10と素子11とを結ぶ直線と、素子10と音源点S
の直下とを結ぶ直線との角度をθ、素子10と音源点Sと
を結ぶ直線と、円周を含む平面との角度をφ、素子11
1nの数をnとすれば、次式が得られる。
こゝにおいて、増幅器20の利得を増幅器21〜2nに対し相
対的に1とし、これに対し相対的に増幅器21〜2nの利得
を1/nとし、かつ、入力と出力との間において増幅器20
に対し相対的に位相反転を行なうものとすれば、加算器
3の合成出力電圧Eと、素子10の出力電圧E0との比は次
式により示される。
たゞし、kは音源点Sから放出される音響波の波長によ
つて定まる波長定数である。
また、(d/r0)≪1、k・d≪1とすれば、次式が得ら
れる。
一方、 であるため、次式が得られる。
したがつて、θに無関係となり、円周を含む平面の方向
に対しては無指向性でありながら、この平面と直交する
方向に対しては指向性を有する特性の第3図に示すドー
ナツ状指向特性が得られ、例えば、d=6cm、r=1m、
n=3としたとき、音源点Sからの音響周波数0.5,1,2,
3KHZの各々に応じ、第4図乃至第7図に示す指向特性を
呈する。
なお、第3図乃至第7図において、φは第2図のφと同
一であり、最外側の円が0dB、これにつぐ内側円が−10d
B、最内側の円が−20dBのピツクアツプ感度を各々示し
ている。
たゞし、音響周波数が低下すると、0.5KHzの第4図に示
すとおり、φ=±90゜方向の感度低下量が相対的に減少
し、これが約13dBとなるが、これの対策としては、音源
点Sからの音響波が各素子10,11〜1nに対し同位相によ
り入射するものとすればよい。
第8図は、音源点Sと各素子10,11〜1nとの距離を等し
くした場合の側断面図であり、第1図と同様の関係とし
たうえ、素子10を円周を含む平面から音源点Sと反対方
向へ距離d0だけ離間して設け、d0として定めれば、音源点Sからの音響波が各素子10,11
〜1nへ同位相により入射する。
したがつて、上述と同様の条件かつd0=1.3mmとしたと
き、計算によつて求めた指向特性は第9図に示すものと
なり、φ=+90゜方向において感度低下量が大きく、φ
=−90゜方向において感度低下量の少ないやゝハート形
のドーナツ状指向特性が得られる。
また、第8図の関係とする代りに第10図のとおり、素子
10の出力側へ遅延回路4を挿入し、音速をCとしたとき
d0/Cに相当する遅延を与えれば、第11図の指向特性が得
られる。
第12図は、第2発明と対応する構成図であり、点線の小
円により示す内方円の円周上へ、素子数mの素子61〜6m
を360゜/mの相対角度により等間隔として配置すると共
に、これと同心円状かつ内方円より大きな直径を有する
点線の大円により示す外方円の円周上へ、素子数nの素
子11〜1nを同様に配置し、素子11〜1nの各出力を増幅器
71〜7nを介して加算器4へ与えると共に、素子61〜6m
各出力を増幅器81〜8mを介して加算器4へ与えており、
増幅器81〜8mと71〜7nとの各利得を相対的に1/mと1/nと
して定め、かつ、増幅器71〜7nにおいては入力に対し出
力の位相を増幅器81〜8mに対し相対的に反転するものと
している。
このため、各素子11〜1n,61〜6mの配置を同一平面とす
れば、第1図と同様の結果が得られると共に、第1図に
比し中心側の素子数が単一でなく、各素子の特性偏差に
よる影響が軽減され、かつ、m=nとすれば、増幅器71
〜7n,81〜8mの利得が等しく、これらに同一のものを使
用することができるものとなる。
なお、位相反転は、入力または出力の布線極性を反対と
すればよいため、特に増幅器の設計および製作上は格別
の留意を払わずともよいと共に、増幅器20または81〜8m
側において位相反転を行なつても同様である。
また、第12図に対し、第8図または第10図と同様の手法
を適用しても同様である。
したがつて、各素子の配置平面を会議卓等の卓面と平行
に設定し、φ=±90゜の方向へスピーカ5を設ければ、
スピーカ5からの放声が加算器3の出力に現われず、ハ
ウリングを生ずるおそれが阻止されると共に、周囲方向
からの音声は無指向性により良好にピツクアツプされ
る。
たゞし、各素子の配置平面を発声者の頭部と同一高とす
れば、音声のピツクアツプ上好適であると共に、卓上面
に生ずる打音等の雑音をピツクアツプせず、信号対雑音
比が向上する。
なお、これと同等の効果は第9図の指向特性によつても
得ることができると共に、単一指向性の素子を用い、こ
れらを上方へ向けて配置することによつても得られる。
このほか、各素子の出力に対し、所定の利得および位相
反転を与えるには、増幅器の利得および入出力位相を設
定するのみならず、減衰器の挿入または位相反転回路の
挿入を行なつてもよく、加算器4の内部へこれらの機能
を一括しても同様であり、中心または内方側の素子出力
と外方側の素子出力とを各個に加算し、各加算出力の各
々へ共通の利得設定回路および位相反転回路を挿入のう
え、更に加算を行なつてもよい。
また、円周上の素子数は、各方向からの音声を均等にピ
ツクアツプする目的上、少くとも3個であればよいと共
に、各素子としては音響を電気信号へ変換する単独素
子、または、完成品としてのマイクロホン等を用いれば
よく、これらを各個に配置し、あるいは、同一筐体中へ
収容しても同様である等、種々の変形が自在である。
〔発明の効果〕
以上の説明により明らかなとおり本発明によれば、円周
上の素子数が少なく、中心側のマイクロホン系と円周上
のマイクロホン系との利得差が減少すると共に、安定な
ドーナツ状の指向特性が得られるため、特に音声スイツ
チまたはVODAS等を用いることなく、マイクロホンおよ
びスピーカによる拡声会議または座談会等がハウリング
を生ぜずに実現し、かゝる用途の集音上顕著な効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例を示し、第1図は第1発明と対応す
る構成図、第2図は原理説明用の図、第3図乃至第7図
は指向特性を示す図、第8図は他の実施例を示す側面
図、第9図は第8図による指向特性を示す図、第10図は
他の実施例を示す構成図、第11図は第10図による指向特
性を示す図、第12図は第2発明と対応する構成図であ
る。 10,11〜1n,1n2,1i,21〜2n1……素子(マイクロホン素
子)、20,21〜2n,71〜7n2,81〜8n1……増幅器、3……
加算器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円状に等間隔で配置されかつ前記円の中心
    軸上に配置したスピーカからの距離が等しい少なくとも
    3個の周辺マイクロホン素子と、 前記円の中心に配置された中心マイクロホン素子と、 前記中心マイクロホンに接続され中心マイクロホン出力
    信号の位相を周辺マイクロホンから発生する信号の位相
    と同一となるように補正する遅延回路と、 前記中心マイクロホン素子の出力に対し1の相対的利得
    を与える回路と、 前記周辺マイクロホン素子の数をnとしたときそのマイ
    クロホン素子出力に対し1/nの相対的利得を与えかつ相
    対的位相反転を与える回路と、 これら各回路の各出力を加算する加算器とを備えたこと
    を特徴とする電気音響変換装置。
  2. 【請求項2】円状に等間隔で配置されかつ前記円の中心
    軸上に配置したスピーカからの距離が等しい少なくとも
    3個の周辺マイクロホン素子と、 前記円の中心に配置されかつ前記円の中心軸上に配置し
    たスピーカからの距離が前記スピーカから周辺マイクロ
    ホンまでの距離と等しい1個の中心マイクロホン素子
    と、 前記中心マイクロホン素子出力に対し1の相対的利得を
    与える回路と、 前記周辺マイクロホン素子数をnとしたときその各マイ
    クロホン素子出力に対し1/nの相対的利得を与えかつ相
    対的位相反転を与える回路と、 これら各回路の各出力を加算する加算器とを備えたこと
    を特徴とする電気音響変換装置。
  3. 【請求項3】内方円の円周上へ等間隔により配置した少
    なくとも3個のマイクロホン素子と、 前記内方円の同心円状かつ該内方円より大きな直径を有
    する外方円の円周上へ等間隔により配置した少なくとも
    3個のマイクロホン素子と、 前記内方円のマイクロホン素子数をmとしたとき該各マ
    イクロホン素子出力に対し1/mの相対的利得を与える回
    路と、 前記外方円のマイクロホン素子数をnとしたときに該各
    マイクロホン素子出力に対し1/nの相対的利得を与えか
    つ相対的位相反転を与える回路と、 これら各回路の各出力を加算する加算器とを備えたこと
    を特徴とする電気音響変換装置。
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JPS6172500A JPS6172500A (ja) 1986-04-14
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