CN102227918A - 声音收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声音收集装置，其在所期望的指向性中具有很小的误差。该声音收集装置包括布置在一个平面上的单向麦克风(12A)、单向麦克风(12B)和单向麦克风(12C)。每个单向麦克风都具有朝向该布置内部的最大灵敏度方向。每个单向麦克风都具有声学地开放的后表面(最小灵敏度的方向)。由于每个单向麦克风的最大灵敏度方向都朝向该布置的内部，所以每个单向麦克风的振动平面可以被定位在基本处于该布置的中心处。从而，通过调整由各个单向麦克风收集的声音的增益，可以在平坦平面上具有很小的误差地、自由地形成指向性。

Description

声音收集装置

技术领域

本发明涉及一种收集外壳周围的声音的声音收集装置。

背景技术

迄今为止，例如提供了在专利文献1中描述的装置作为用于在外壳周围收集声音的装置。专利文献1中的装置包括在四面体的各个表面上的麦克风，使得该装置可以收集所有方向中的声音。

还提出了这样的装置，其中向外分开120度来移动三个单向麦克风的声音收集方向并且收集所有方向中的声音，以便根据每个单向麦克风的声音收集级别来检测音源的方向(例如，参见专利文献2)。

还提出了使用多个麦克风用于在任意方向中收集声音的装置(例如，参见专利文献3)。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-51-32319

专利文献2：JP-A-2001-153941

专利文献3：JP-A-2008-48355

发明内容

技术问题

在专利文献1至3的装置中，由于各麦克风的振动平面彼此远离，所以这对于所期望的指向性引起了较大误差，特别是在诸如1kHz或更高频带的高频带中。

因此，本发明的一个目的在于提供一种在所期望的指向性中具有很小误差的声音收集装置。

解决所述问题的技术方案

根据本发明的声音收集装置为这样的声音收集装置，其包括：多个单向麦克风；多个增益调节单元，其被配置为对各个麦克风所收集的声音的增益进行调节；以及加法器，其被配置为将增益调节后的声音彼此相加，其中所述多个单向麦克风被布置在一个平面上，并且每个单向麦克风的最大灵敏度方向都朝向该布置的内部。

以此方式，由于每个麦克风都具有朝向该布置内部的最大灵敏度方向，所以与将它们指向外面相比，能够紧密地布置振动平面。从而，当通过加法器对信号彼此相加时，抑制了在不同麦克风的振动平面处所获得的信号的时滞，并且能够抑制关于所期望的指向性的误差。

因此，根据本发明的声音收集装置，即使在诸如1kHz或更高频带的高频带中也能够抑制关于所期望的指向性的误差。

还可以在不同于所述一个平面的位置处提供另一个单向麦克风，所述另一个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向与所述一个平面的方向相对的方向。

还可以在不同于所述一个平面的位置处提供另一个单向麦克风，所述另一个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向所述一个平面的方向。

在此情况中，可以在除所述一个平面之外的布置了另一个单向麦克风的方向中形成指向性。从而，可以在三维方向中自由地形成指向性。

可以将所述多个单向麦克风布置来构成以各单向麦克风为顶点的多边形，并且每个单向麦克风的最大灵敏度方向可以朝向该多边形的边或该多边形的内部。

可以将所述多个单向麦克风布置来使得各单向麦克风的灵敏度轴线相交于一点。

可以在围绕一个点的圆周上布置所述多个单向麦克风，所述一个点为该圆周的圆心。

可以在一个圆周上布置所述多个单向麦克风。

可以等间隔地在所述圆周上布置所述多个单向麦克风。

本发明的有益效果

根据本发明，可以紧密地布置多个定向麦克风的振动平面，从而在所期望的指向性上具有很小的误差。

附图说明

图1是一个声音收集装置的主视图。

图2是该声音收集装置的后视图。

图3是该声音收集装置的左侧视图。

图4是该声音收集装置的俯视图。

图5是示出了该声音收集装置的声音信号处理系统的配置的框图。

图6是示出了指向性控制的形式的示意图。

图7示出了麦克风的声音收集平面与中心位置的距离变化时获得的指向性特性。

图8是示出了在上部方向中的指向性控制的形式的示意图。

具体实施方式

图1至图4为示出了根据一个实施例的声音收集装置的配置的外观图。图1为主视图，图2为后视图，图3为左侧视图，图4为俯视图。在图1至图4中，声音收集装置的右侧表示“X”，左侧表示“-X”，上侧表示“Y”，下侧表示“-Y”，前侧表示“Z”，后侧表示“-Z”。

作为声音收集装置1的底座的外壳11具有竖直方向较薄的立方体形状，并且例如由树脂材料制成。三个支撑件13A、13B、13C竖直地安装在外壳11的上表面。每个支撑件例如也由树脂材料制成。

支撑件13A安装在该装置的前侧，支撑件13B安装在该装置的右后侧，支撑件13C安装在该装置的左后侧。如图4的俯视图所示，每个支撑件布置在距外壳的中心位置相等的距离处，并且以120度相等间隔排列。

在竖直方向较薄的板状弹性橡胶131A、131B、131C附接到各个支撑件13A、13B、13C的顶部。弹性橡胶131A、131B、131C向外壳的中心延伸，并且分别附接到在麦克风框架14A、14B、14C的下部中提供的接头141A、141B、141C。

每个麦克风框架14A、14B、14C具有圆筒形状。圆柱形麦克风(单向麦克风)可以安装在框架的孔之中。当在俯视图中观察该声音收集装置时，各个麦克风框架的圆筒底部开口朝向以120度分开的方向。

即，麦克风框架14A的圆筒底部开口指向该设备的前侧和后侧，并且可以放置单向麦克风使得其指向性指向该装置的前侧和后侧。如图4所示，在该实施例中，安装在麦克风框架14A中的单向麦克风12A的最大灵敏度的方向(最大灵敏度方向)朝向该装置的后侧。将单向麦克风12A的最大灵敏度方向定义为0度。

麦克风框架14B的圆筒底部开口指向该设备的右后侧和左前侧。在该实施例中，安装在麦克风框架14B中的单向麦克风12B的最大灵敏度方向朝向该装置的左前侧。即，当在俯视图中观察外壳时，该最大灵敏度方向指向通过从0度向左旋转120度的角度(+120度方向)。

麦克风框架14C的圆筒底部开口指向该设备的左后侧和右前侧。在该实施例中，安装在麦克风框架14C中的单向麦克风12C的最大灵敏度方向朝向该装置的右前侧。即，当在俯视图中观察外壳时，该最大灵敏度方向指向通过从0度向右旋转120度的角度(-120度方向或+240度方向)。

此外，在俯视图中观察声音收集装置1的情况下的麦克风框架的外壳的中心侧提供具有圆筒形状的类似麦克风框架14L。如图1至图3所示，麦克风框架14L提供在麦克风框架14A至14C之上，并且其圆筒底部开口指向该装置的上侧和下侧。在该实施例中，安装在麦克风框架14L中的单向麦克风12L的最大灵敏度方向朝向该装置的上侧。

麦克风框架14A、14B、14C、14L由树脂模子的整体模制而成，并且可以将安装在各个框架中的四个麦克风安装为一个单元。

形成整体模制的框架，使得当在俯视图中观察该声音收集装置时各个单向麦克风的指向性轴线(最大灵敏度方向的轴线)相交于一点。在根据该实施例的声音收集装置中，通过调整三个支撑件、弹性橡胶和接头的形状和摆放位置，使得声音收集装置1的外壳的中心位置与各指向性轴线的交点一致。

通过采用这种结构，单向麦克风12A、12B、12C布置在一个平面上(平行于外壳的上表面的平面)，每个单向麦克风具有朝向该布置内部的最大灵敏度方向。即，各个单向麦克风被向内排列在围绕作为圆心的各指向性轴线的交点的圆周上。以此方式，由于每个麦克风具有朝向该布置内部的最大灵敏度方向，所以与将它们指向外面相比，能够紧密地布置振动平面。从而，每个单向麦克风的振动平面的位置都与各指向性轴线的交点接近。因此，即使在诸如1kHz或更高频带的高频带中也可以实现只有很小误差的平面中的指向性控制。

通过支撑件、弹性橡胶和接头将四个麦克风安装成处在麦克风悬置于远离外壳11上表面的孔中的情况下。具体而言，竖直单向麦克风12L放置在由单向麦克风12A、单向麦克风12B和单向麦克风12C形成的平面之上，并且放置在离外壳11的上表面最远的位置。因此，单向麦克风12L的后侧也是声学地开放的。

接下来将描述声音收集装置1的指向性控制。在图5中，(A)为示出该声音收集装置中的声音信号处理系统的配置的框图。图6为示出了指向性控制的形式的示意图。在图6中所示的特性为用于说明的理想特性，而不是示出了实际特性的曲线。

声音收集装置1包括作为信号处理系统的配置的信号处理单元3，其包括增益调节单元31A、31B、31C、31L和加法器32。

由各个单向麦克风输出的声音信号在信号处理单元3的各个增益调节单元中对增益进行调节，然后在加法器32中彼此相加。声音收集装置1通过控制每个增益调节单元的增益可以形成围绕该装置的任意的指向性。

如下确定各个增益调节单元31A、31B、31C的每个增益(G1、G2、G3)，其中用于形成指向性的方向为θ，麦克风的权重因数为f：

G1＝2/3×{1-f(1-2cosθ)}

G2＝2/3×{1-f(1-2cos(θ-120°))}

G3＝2/3×{1-f(1-2cos(θ+120°))}

权重因数f表示用于确定指向性的形状的因数，并且在0到1之间。例如，当f＝0时确定为非指向性，当f＝0.5时确定为单指向性，当f＝1时确定为双指向性。在此，可以通过任意确定θ的值在任意方向中形成指向性。例如，如图6中的(A)所示，当权重因数f＝0.5时，在θ＝180度的情况下，即，在该装置的前侧(Z方向)中形成单指向性，如下确定每个增益的值：

(G1，G2，G3)＝(-1/3，2/3，2/3)。

如下，使用单向麦克风12A、12B、12C的输出信号M1、M2、M3表示要被输出的信号M：

M＝G1×M1+G2×M2+G3×M3＝-1/3×M1+2/3×M2+2/3×M3。

以此方式，如图6中的(B)所示，三个麦克风的合成特性的最大灵敏度方向的角度可以指向180度，而其最小灵敏度方向指向0度。即，可以形成θ＝180度的方向中的单指向性。

如上所述，由于每个单向麦克风具有朝向该布置内部的最大灵敏度方向，因此根据该实施例的声音收集装置可以将每个单向麦克风的振动平面的位置接近各个指向性轴线的交点。此外，通过采用上述计算公式，声音收集装置即使在诸如1kHz或更高频带的高频带中也可以就所期望的指向性来充分抑制误差。

图7示出了当麦克风的声音收集平面与中心位置的距离变化时获得的指向性特性(每个角度的增益)。图7示出了当麦克风的声音收集平面与中心位置的距离在3mm、6mm和10mm变化时获得的1kHz、2kHz、4kHz和8kHz中的指向性特性。

如图7所示，从中心到麦克风振动平面的距离越小，则即使在高频中在0度附近中的最小灵敏度值也越小。即，一直到高频都可以获得作为单指向性的特性。

例如，当每个单向麦克风的厚度大约为3mm时，在每个麦克风的最大灵敏度方向朝向该布置的外部与朝向该布置的内部这两种情况之间，从中心到麦克风振动平面的距离大约相差3mm。即，产生了在3mm中的特性与在6mm中的特性之间的这种程度的差异(在灵敏度的最小值中产生大约6dB的差异)。

因此，可以说将每个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向该布置的内部即使在诸如1kHz或更高频带的高频带中也能有效实现指向性的形成(每个麦克风的振动平面的位置可以接近中心位置)。

在根据该实施例的声音收集装置中，通过使用竖直单向麦克风12L，除单向麦克风12A、12B、12C布置于其中的一个平面以外，还可以形成关于该装置的上侧的任意方向中的指向性。例如，如图8所示，当执行增益调节使得关于由水平方向麦克风(单向麦克风12A、12B、12C的结合)(通过该水平方向麦克风在θ＝180度的方向中形成单指向性)收集的声音信号的增益变得与关于由竖直单向麦克风12L收集的声音信号的增益相同时，可以在该装置的前上侧(Y，Z方向)中形成指向性轴线。

由于单向麦克风12A、12B、12C实际上在外壳的下侧具有其灵敏度，所以根据该实施例的声音收集装置可以在三维方向中自由地形成指向性。

每个单向麦克风的布置并没有限定于上述示例。例如，可以采用如图5中的(B)所示的布置。

在图5中，(B)表示了一种单向麦克风12B与单向麦克风12C相对的布置示例。在此情况下，单向麦克风12B的最大灵敏度方向对应于该装置的左侧(θ＝90度的方向)，而单向麦克风12C的最大灵敏度方向对应于该装置的右侧(θ＝-90度的方向)。即使在以此方式将单向麦克风12B与单向麦克风12C相对的情况下，也可以在任意方向中形成指向性。在图5中的(B)所示的示例中，如下确定各个增益调节单元31A、31B、31C的每个增益(G1、G2、G3)：

[表达式1]

G1＝2fcosθ

在此情况下，当权重因数f＝0.5时，在θ＝180度的情况下，即，在该装置的前侧中形成单指向性，如下确定每个增益的值：

(G1，G2，G3)＝(-1，1，1)。

以此方式，只要采用这样的形式，即，三个或更多单向麦克风布置在一个平面上并且每个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向该布置的内部，就可以按照任意布置形式来实现本发明的声音收集装置。换句话说，当采用以单向麦克风12A、12B、12C为顶点的多边形(三角形)时，仅需利用这样的布置：其中每个单向麦克风的最大灵敏度方向指向该多边形的边或该多边形的内部。

尽管将上述示例描述为三个麦克风在同一平面中的示例，但是可以在同一平面中布置更多的麦克风。此外，竖直单向麦克风不限于一个，而是可以提供更多的麦克风。例如，可以提供具有在与竖直单向麦克风12L的指向性相对的方向中的指向性(向着平面的方向)的麦克风。在此情况下，可以只提供具有在与单向麦克风12L的指向性相对的方向中的指向性的麦克风，而不提供单向麦克风12L。

尽管在上述示例中，如图4所示，各单向麦克风被相等地布置在围绕作为圆心的各单向麦克风12A、12B、12C的指向性轴线的交点的圆周上，但本发明并不限于此。即，在圆周上相等地布置麦克风并不是本质性的，只要每个麦克风都具有朝向该布置内部的最大灵敏度方向，并且彼此紧密地放置多个单向麦克风的振动表面就可以。

Claims (8)

1.一种声音收集装置，其包括：

多个单向麦克风；

多个增益调节单元，其被配置为对各个麦克风所收集的声音的增益进行调节；以及

加法器，其被配置为将增益调节后的声音彼此相加，其中

所述多个单向麦克风被布置在一个平面上，并且每个单向麦克风的最大灵敏度方向都朝向该布置的内部。

2.根据权利要求1的声音收集装置，其中

在不同于所述一个平面的位置处提供另一个单向麦克风，所述另一个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向与所述一个平面的方向相对的方向。

3.根据权利要求1的声音收集装置，其中

在不同于所述一个平面的位置处提供另一个单向麦克风，所述另一个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向所述一个平面的方向。

4.根据权利要求1至3中任一项的声音收集装置，其中

所述多个单向麦克风被布置来构成以各单向麦克风为顶点的多边形，并且每个单向麦克风的最大灵敏度方向朝向该多边形的边或该多边形的内部。

5.根据权利要求4的声音收集装置，其中

所述多个单向麦克风被布置来使得各单向麦克风的灵敏度轴线相交于一点。

6.根据权利要求5的声音收集装置，其中

所述多个单向麦克风被布置在围绕所述一点的圆周上，所述一点为该圆周的圆心。

7.根据权利要求1至5中任一项的声音收集装置，其中

所述多个单向麦克风被布置在一个圆周上。

8.根据权利要求7的声音收集装置，其中

等间隔地在所述圆周上布置所述多个单向麦克风。

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