JP2003153372A - マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数マイクユニットの入力から信号合成によ
って指向性を形成する音圧傾度型マイクロホンでは、理
想的な性能を得る為にはマイクロホンユニットの選別や
回路上での調整が必要となっていた。特に高次音圧傾度
型のマイクにおいてはこの問題が大きかった。本発明
は、無調整で理想的な性能が得られる指向性マイクロホ
ンを提供するものである。 【解決手段】 指向性合成部前段に各マイクロホンユニ
ットからの出力信号から、各信号間の感度および周波数
特性のばらつきを補正する自動感度補正手段を設け、マ
イクロホンユニットの製造上のばらつきや、機器に内蔵
した時の筐体の音響特性の影響によるマイクユニット間
の特性差を補正して、理想的な指向性合成を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音圧傾度型の指向
特性を有するマイクロホン装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロホン装置の構成について
図９から図１３を用いて説明する。図９は、従来のマイ
クロホン装置の構成を示すもので、間隔ｄで直線状に配
列されている第１から第３のマイクロホンユニット１か
ら３と、第２のマイクロホンユニット２からの出力信号
を入力とする第１の信号遅延手段２０１と、第３のマイ
クロホンユニット３からの出力信号を入力とする第２の
信号遅延手段２０２と、第１のマイクロホンユニット１
からの出力信号と第１の信号遅延手段２０１からの出力
信号を入力として信号を減算する第１の信号減算手段２
１１と、第２のマイクロホンユニット２からの出力信号
と第２の信号遅延手段２０２からの出力信号を入力とし
て信号を減算する第２の信号減算手段２１２と、第２の
信号減算手段２１２からの出力信号を入力として信号を
遅延させる第３の信号遅延手段４０１と、第１の信号減
算手段２１１からの出力信号と第３の信号遅延手段４０
１からの出力信号を入力として信号の減算を行う第３の
信号減算手段４１１とから構成される。

【０００３】以下、従来例のマイクロホン装置について
動作を説明する。第１から第３のマイクロホンユニット
が間隔ｄで直線状に配列されている。ここでは、マイク
ロホンユニット配列方向の第１のマイクロホンユニット
１の方向を正面方向とする。正面方向（０°）から到来
した音波は、音速ｃに従って、第１から第３のマイクロ
ホンユニットの順に遅延して到来する。また、９０°方
向から到来する音波については、第１から第３のマイク
ロホンユニットに同時に音波は到来し、１８０°方向で
は、音波の到来順は０°方向とは逆となる。このように
マイクロホンユニットの空間的配置によって、音波到来
方向によって各ユニットから出力される信号の位相関係
が異なることを利用して、マイクロホンの指向性合成は
行われる。

【０００４】第１から第３のマイクロホンユニット１か
ら３より後段の第１から第２の信号遅延手段２０１、２
０２、４０１と第１から第２の信号減算手段２１１、２
１２、４１１による構成は、一般に２次音圧傾度型の指
向性合成手段として知られるもので、第１と第２の信号
遅延手段２１１、２１２における信号遅延量τ１を、τ
１＝ｄ／ｃ（但しｄはユニット間隔、ｃは音速）とした
時、第１と第２の信号減算手段２１１、２１２からの出
力信号の指向特性は、図１０（ａ）に示すような正面方
向に最大感度を持ち、背面方向に指向性の死角を持つよ
うな第１次音圧傾度型の単一指向性となる。この第１と
第２の信号遅延手段の信号遅延量τ１を調節すること
で、指向性の死角方向θ１を決めることができ、τ１＝
−ｄ・ｃｏｓ（θ１）／ｃという関係になる。

【０００５】次に、第１と第２の信号減算手段２１１、
２１２からの出力信号は、それぞれ音響的に第１と第２
のマイクロホンユニット１、２の中点、第２と第３のマ
イクロホンユニット２、３の中点の位置に単一指向性マ
イクロホンと配置した出力に等しいため、等しい第１次
音圧傾度型の指向性パタンを持った指向性マイクロホン
ユニットを距離ｄで配置した出力であると考えることが
できる。

【０００６】従って、この第１と第２の信号減算手段２
１１、２１２からの出力信号に対して再び音圧傾度型の
指向性合成を行うことで、第２次音圧傾度型の指向性合
成が行われ、さらに指向特性を絞り込むことが可能とな
る。第３の信号遅延手段４０１と第３の信号減算手段４
１１が、２段目の指向性合成部であり、１段目と同様の
構成で、指向性の死角方向θ２はτ２＝−ｄ・ｃｏｓ
（θ２）／ｃで決定される。図１０（ｂ）は、第３の信
号減算手段４１１からの出力信号の指向特性図で、τ１
＝ｄ／ｃ、τ２＝０とした時のもので、９０°方向と１
８０°方向に指向性の死角が形成された２次音圧傾度型
の超指向特性を示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では製造上、マイクロホンユニット自体の感
度差や周波数特性差、また、筐体に組み込んだ際の筐体
反射や回折の影響でのマイクユニット間での特性差が発
生し、超指向性マイクロホンを形成するためには、ユニ
ットの選別や合成回路上での単品調整が必要である。

【０００８】上記の構成によって得られる指向特性パタ
ンは図１０（ｂ）に示したように９０°と１８０°方向
に指向性の死角が形成される２次音圧傾度マイクロホン
となるとすると、個々のマイクロホンユニット特性のば
らつきが無く理想状態とした時の音圧周波数特性は、図
１１の様になる。正面（０°）特性が１２ｄＢ／ｏｃｔ
の傾きを持つ低域下がりの感度特性となり、９０°と１
８０°方向については−∞の特性になる。ここで、１２
ｄｂ／ｏｃｔの音圧周波数特性の傾きについては、実際
にはこの後段で周波数特性を平坦にするイコライザが用
いられるが、本発明及び従来例においてイコライザ部は
共通であるため、特性図、ブロック図などにはイコライ
ザ部を省略して説明をする。

【０００９】個々のマイクロホンユニットの特性が均一
で理想的であれば、前述したように理想的な２次音圧軽
度型指向特性が得られる。しかしながら、無指向性マイ
クロホンユニットの製造上の感度ばらつきは通常±２〜
３ｄＢ程度存在する。また、音圧周波数特性も必ずしも
平らではなく、特に数ｋＨｚ以上の高域部分で感度上昇
や低下がばらつきとして発生する。場合によっては高域
感度は１０ｄＢ近く感度差が発生する。

【００１０】図１２は、現実に発生しうる３個のユニッ
ト間の感度ばらつきの例で、第１のマイクロホンユニッ
ト（図中ｍｉｃｌ）が＋２ｄＢ、第２のマイクロホンユ
ニット（図中ｍｉｃ２）が低域は０ｄＢだが高域に感度
低下（約８ｄＢ）を持つ、第３のマイクロホンユニット
は０ｄＢで誤差なしの場合の例である。図１３は、図１
２の特性を持つマイクロホンユニットｍｉｃ１、ｍｉｃ
２、ｍｉｃ３を用いて従来の構成によって指向性合成し
た結果で、感度特性ばらつきによって十分な指向性が得
られなくなる例である。正面０°方向に対して、９０
°，１２０°、１８０°方向の感度が十分に減衰してお
らず、また、低域になるほど指向特性劣化の傾向は大き
くなっている。

【００１１】以上のような理由から、図１１に示す様な
理想特性を得る為には、マイクロホンユニットの選別
や、マイクロホンユニット組み合わせ毎に固有の調整が
指向性合成部で必要である。このため、製造上の工数の
問題や、特性の安定性の問題が２次音圧傾度型の超指向
性マイクロホンにはあった。また、ビデオムービーやＰ
ＤＡなどの携帯機器に複数マイクユニットを筐体に内蔵
し、指向性マイクを構成する場合、筐体の回折や反射の
影響が個々のマイクユニット取り付け位置によって異な
るため、マイクユニット間の特性差が生じる。このこと
に関しても、前記同様の問題が発生する。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、複数のマイクロホンユニット
を合成して指向性を形成するマイクロホンにおいて、複
数のマイクロホンユニット間の音圧感度または音圧感度
対周波数特性の自動の補正機能を設けることで、安価に
高性能の指向性マイクロホンを実現することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロホン装
置は、第１から第Ｎの無指向性マイクロホンユニット
と、前記第１から第Ｎの無指向性マイクロホンユニット
からの出力信号を入力として、第Ｎの無指向性マイクロ
ホンユニットからの入力信号を基準として、各信号間の
感度または音圧感度対周波数特性のばらつきを自動的に
補正して出力する第１の自動感度補正手段と、前記第１
の自動感度補正手段からのＮ個の出力信号を入力とし
て、指向性合成を行い、同一の指向性を持つ２つ以上の
出力信号を出力する第１の指向性合成手段と、前記第１
の指向性合成手段から出力される２つ以上の出力信号を
入力として、１つの入力信号を基準として各信号間の感
度または音圧感度対周波数特性のばらつきを自動的に補
正して、各々の信号を出力する第２の自動感度補正手段
と、前記第２の自動感度補正手段からの出力信号を入力
として指向性合成を行う第２の指向性合成手段とを備え
ることを特徴とする。

【００１４】前記第１または第２の自動感度補正手段
が、自動感度補正手段の入力信号または出力信号の低域
成分のレベル比較に基づいて感度補正量を決定してもよ
い。

【００１５】前記第１の自動感度補正手段が、入力信号
の１〜２ｋＨｚより低い周波数帯域の信号レベル比較に
基づいて、感度補正量を決定してもよい。

【００１６】これにより、マイクロホンユニットからの
出力信号が高域感度については製造上のばらつきが大き
いことと、筐体に組み込んだ際の反射や回折などの影響
を受け、不安定であることから、感度レベルの補正をす
る場合に低域信号成分を対象とすることで動作の安定化
が図れる。

【００１７】前記第１の自動感度補正手段が、入力信号
の低域成分のレベル比較に基づいて感度補正量を決定
し、前記第２の自動感度補正手段が、音圧感度対周波数
特性のばらつきを補正することにより、前記第１の指向
性合成手段における信号合成時に発生する誤差を再補正
して、前記第２の指向性合成手段における指向性合成の
精度改善してもよい。

【００１８】これにより、信号入力数の多い第１の自動
感度補正手段には処理量の小さなレベル補正を適用し、
後段の信号入力数が少ない第２の自動感度補正手段に
は、性能面の高い（即ち、処理量は大きい）音圧感度対
周波数特性の補正が可能な構成を取ることで、処理量の
面と性能の面の両立を図ることができる。

【００１９】前記第１または第２の自動感度補正手段
が、Ｎ個の複数入力に対して、それぞれレベルを検出す
る第１から第Ｎのレベル検出手段と、前記第Ｎのレベル
検出手段からの出力信号と前記第１から第Ｎ−１のレベ
ル検出手段からの出力信号それぞれを入力として、前記
第Ｎのレベル検出手段からの出力信号を基準として前記
第１から第Ｎ−１の入力信号のレベルをそれぞれ等しく
なるように増幅率を計算する第１から第Ｎ−１のレベル
比算出手段と、前記第１から第Ｎ−１のレベル比算出手
段からの増幅率出力に基づいて第１から第Ｎ−１の入力
信号を増幅または減衰させる第１から第Ｎ−１の信号増
幅手段とからなる感度補正Ａを備えてもよい。

【００２０】前記第１または第２の自動感度補正手段
が、Ｎ個の複数入力に対して第１から第Ｎ−１の入力信
号を感度補正値に従って増幅して前記第１または第２の
自動感度補正手段の出力とする第１から第Ｎ−１の信号
増幅手段と、前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手段から
の出力信号と第Ｎの入力信号のそれぞれの絶対値をとる
第１から第Ｎの信号整流手段と、前記第Ｎの信号整流手
段からの出力信号とそれぞれ前記第１から第Ｎ−１の信
号整流手段からの出力信号を入力として、それぞれの信
号レベル比較をする第１から第Ｎ−１の信号レベル比較
手段と、前記第１から第Ｎ−１の信号レベル比較手段か
らの出力である信号レベルの大小関係に従って第１から
第Ｎ−１の信号に対する信号増幅率を増加または減少の
更新を行う第１から第Ｎ−１の信号増幅率更新手段とか
らなる感度補正Ｂを備え、前記第１から第Ｎ−１の信号
増幅率更新手段からの信号増幅率に基づいて、前記第１
から第Ｎ−１の信号増幅手段の信号増幅率が決定される
ことにより第Ｎの入力信号を基準とした第１から第Ｎ−
１の入力信号の感度補正を実現してもよい。

【００２１】前記第１または第２の自動感度補正手段
が、Ｎ個の複数入力に対して、第１から第Ｎ−１の入力
信号を感度補正値に従って増幅し前記第１または第２の
自動感度補正手段の出力とする第１から第Ｎ−１の信号
増幅手段と、前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手段から
の出力信号と第Ｎの入力信号のそれぞれの絶対値をとる
第１から第Ｎの信号整流手段と、前記第Ｎの信号整流手
段からの出力信号とそれぞれ前記第１から第Ｎ−１の信
号整流手段からの出力信号を入力として、信号を減算す
る第１から第Ｎ−１の信号減算手段と、前記第１から第
Ｎ−１の信号減算手段からの出力信号を入力として、入
力信号の符号に従って第１から第Ｎ−１の信号に対する
信号増幅率を更新する第１から第Ｎ−１の信号増幅率更
新手段とからなる感度補正Ｃを備え、前記第１から第Ｎ
−１の信号増幅率更新手段からの信号増幅率に基づい
て、前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手段の信号増幅率
を決定することにより、第Ｎの入力信号を基準とした第
１から第Ｎ−１の入力信号の感度補正を実現してもよ
い。

【００２２】これによれば、自動感度補正部の演算量が
削減できる。

【００２３】前記第１または第２の自動感度補正手段に
おいて、第１から第Ｎの入力信号をそれぞれ複数帯域に
帯域分割する第１から第Ｎの帯域分割手段を設け、各帯
域は前記感度補正Ａまたは前記感度補正Ｂまたは前記感
度補正Ｃのいずれか１つの感度補正を行い、感度補正後
に各帯域信号出力を加算する第１から第Ｎ−１の信号加
算手段によって、第１から第Ｎの感度補正された出力信
号を得ることによって、音圧感度対周波数特性を校正し
てもよい。

【００２４】これによれば、自動感度補正手段が、感度
レベルの補正だけでなく、周波数特性の補正も可能とな
る。

【００２５】本発明によるマイクロホン装置は、第１か
ら第Ｎの複数のマイクロホンユニットと、前記第１から
第Ｎのマイクロホンユニットからの出力信号を入力とし
て、それぞれ各入力を複数帯域に帯域分割する第１から
第Ｎの帯域分割手段を設け、各帯域は前記感度補正Ａま
たは前記感度補正Ｂまたは前記感度補正Ｃのいずれか１
つの感度補正を行い、感度補正後に各帯域信号出力を加
算する第１から第Ｎ−１の信号加算手段によって、第１
から第Ｎの感度補正された出力信号を得ることによっ
て、音圧感度対周波数特性を校正する自動感度補正手段
と、前記自動感度補正手段からの出力信号を入力として
指向性を合成する指向性合成手段を備えたことを特徴と
する。

【００２６】これにより、音圧感度対周波数特性を補正
可能な自動感度補正を指向性合成部前段に１つ設けるこ
とでも、音圧傾度型指向性が無調整で実現できるように
なる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１におけるマイクロホン装置について、図１〜図４
を用いて説明する。図１は本実施の形態によるマイクロ
ホン装置のブロック図である。図２、図３は、第１の自
動感度補正手段、及び第２の自動感度補正手段のブロッ
ク図である。図４は、本実施の形態によるマイクロホン
装置の音圧周波数特性図（方向：０°正面、９０°、１
２０°、１８０°に対する）である。従来例と同一部分
は同一符号を付け詳細な説明は省略する。

【００２８】図１において、１から３は第１から第３の
マイクロホンユニットで、直線状に配列される。第１の
自動感度補正手段１００は、第１から第３のマイクロホ
ンユニット１、２、３からの出力信号を入力として、第
３のマイクロホンユニット３の音圧感度を基準に第１と
第２のマイクロホンユニット１、２の感度特性を校正し
て、それぞれ第１から第３の感度補正後信号を出力す
る。第１の指向性合成手段２００は、第１の自動感度補
正手段１００からの第１から第３の感度補正後信号を入
力として、第１と第２の感度補正後信号から第１の指向
性合成信号、第２と第３の感度補正後信号から第２の指
向性合成信号を出力する。この時、第１と第２の指向性
合成信号の指向特性は後段の第２の指向性合成手段４０
０において指向性を形成する帯域において等しくなるよ
うに合成される。

【００２９】第２の自動感度補正手段３００は、第１の
指向性合成手段２００からの出力信号である第１と第２
の指向性合成信号を入力として第２の指向性合成信号を
基準に第１の指向性合成信号の感度特性を校正して、第
４と第５の感度補正後信号を出力する。第２の指向性合
成手段４００は、第２の感度補正手段３００からの出力
信号である第４と第５の感度補正後信号を入力として、
指向性合成を行いマイクロホン装置の出力信号を得る。

【００３０】このように構成されたマイクロホン装置の
動作について説明する。従来例と異なる部分は、第１の
指向性合成手段２００の前段に第１の自動感度補正手段
１００が設けられたことと、第２の指向性合成手段４０
０の前段に第２の自動感度補正手段３００が設けられた
ところにある。ここで述べる自動感度補正手段は、通常
の使用（音場）でマイクロホンユニットから出力される
電気信号を使って、測定などをすることなく、自動的に
感度補正を行うものである。

【００３１】まず第１の自動感度補正手段１００につい
て説明する。図２は、第１の自動同感度補正手段１００
の構成例で、第１から第３のマイクロホンユニット１、
２、３からの出力信号がそれぞれ入力端子ｉｎ１からｉ
ｎ３に入力され、各信号は、第１から第３の帯域制限手
段１０１、１０２、１０３で、感度補正の対象とする帯
域信号に制限され、第１から第３の信号絶対値演算手段
１１１、１１２、１１３と第１から第３の信号平均化手
段１２１、１２２、１２３によって時間平均された信号
レベルが算出される。この信号はマイクロホン装置が置
かれた空間の音響信号を各マイクロホンユニットが電気
信号に変換した信号の時間平均レベルで、マイクロホン
ユニットが理想的に同一特性であれば同一時刻において
レベルは同じ値を示すが、感度ばらつきに従って値に差
が発生する。

【００３２】また、第１から第３の帯域制限手段１０
１、１０２、１０３は、無くても動作可能であるが、例
えば、マイクロホンユニットの周波数特性の包絡形状が
異なる時や、マイクロホンユニット実装時の筐体の回折
などの影響で高域感度に方向性（各マイクロホンユニッ
ト独立に）が発生するような場合がある。このような場
合、これらの影響を受けにくい周波数帯域に信号成分を
制限することで、正確な感度補正ができるようになる。
ここで、周波数帯域の制限については、マイクロホンユ
ニットの周波数特性ばらつきが数ｋＨｚ以上の高域で大
きくなることと、携帯機器に内蔵した時の筐体回折など
の影響が筐体サイズから考えて数ｋＨｚ以上で大きいこ
とを考えると、１〜２ｋＨｚ以上の周波数成分を除去す
ることが望ましい。

【００３３】次に、第１から第３の信号平均化手段１２
１、１２２、１２３からの出力信号Ｂ１、Ｂ２、Ａは、
各マイクロホンユニットの感度に比例した値となってい
るので、第１と第２のレベル比算出手段１３１、１３２
によって、Ｃ１＝Ｂ１／Ａ、Ｃ２＝Ｂ２／Ａを算出し、
第１と第２の信号増幅手段１４１、１４２の増幅率にＣ
１、Ｃ２を用いることで、第１と第２のマイクロホンユ
ニットからの出力信号が第１と第２の信号増幅手段１４
１、１４２によって感度補正され、第３のマイクロホン
ユニットからの出力信号を基準に第１と第２のマイクロ
ホンユニットからの感度補正された出力信号ｏｕｔ１、
ｏｕｔ２、ｏｕｔ３が得られるようになる。

【００３４】次に、第２の自動感度補正手段３００につ
いて説明する。図３は、第２の自動感度補正手段３００
の構成例を示す図で、第１の指向性合成手段２００から
の２つの１次音圧傾度型の指向性合成出力を入力とし
て、信号間の感度レベル補正を行って後段の第２の指向
性合成手段４００に感度補正後の信号を出力する。図３
の各手段の動作については、第１の自動感度補正手段１
００と同様で、入出力数が３から２に減ったのみである
ので、詳細は省略する。

【００３５】ここでは、第２の自動感度補正３００の効
果について述べておく。前記したように第１の自動感度
補正手段１００では、第３のマイクロホンユニット３か
らの出力信号を基準に第１と第２のマイクロホンユニッ
ト１、２からの出力信号に対して感度補正が行われる。
しかし、第１の自動感度補正手段１００の感度補正精度
は完全なものではなく、例えば、±２〜３ｄＢの誤差を
±０．５ｄＢ程度にすることができたとする。その場
合、第１の指向性合成手段２００では、音圧傾度型の指
向性合成をしているため、各入力に補正誤差が残ってい
る場合、１次音圧傾度の出力となる出力信号間の誤差は
増大する。従って、第１の指向性合成手段２００の前段
で感度ばらつき誤差が±０．５ｄＢであっても、出力信
号間の感度ばらつきは、再び数ｄＢの誤差を持つことが
考えられる。従って、第１の自動感度補正手段１００と
同様の処理を第２の自動感度補正手段３００で行うこと
により後段の第２の指向性合成手段４００での２次音圧
傾度の指向性合成精度の改善が行えることになる。

【００３６】図４は、本実施の形態によるマイクロホン
装置の音圧周波数特性（パラメータ：０°正面、９０
°、１２０°、１８０°）である。従来例の図１３に対
して指向特性の改善効果（正面０°の感度に対する９０
°〜１８０°の感度減衰量）が得られている。

【００３７】このようにして、本実施の形態のマイクロ
ホン装置は、２次音圧傾度型マイクロホンを構成する際
に、２段構成になる音圧傾度指向性合成部の各段の前
で、各マイクロホンユニット、または、各指向性合成出
力の自動感度補正を行うことで、指向性特性の改善され
たマイクロホンを、ユニットの選別や回路による調整を
することなく低コストで実現することができるようにな
る。

【００３８】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２におけるマイクロホン装置について、図５を用いて説
明する。図５は、実施の形態１において、第１と第２の
自動感度補正手段１００，３００の異なる構成を示すも
ので、それ以外の部分は実施の形態１と等しいので、こ
こでは説明を省略する。

【００３９】図５は、第１の入力信号ｉｎ１を増幅また
は減衰させる信号増幅手段１４１と、信号増幅手段１４
１からの出力信号を入力として、信号の絶対値を演算す
る第１の信号絶対値演算手段１１１と、第１の信号絶対
値演算手段１１１からの出力信号を時間平均する第１の
信号平均化手段１２１と、第２の入力信号ｉｎ２の信号
の絶対値を演算する第２の信号絶対値演算手段１１２
と、第２の信号絶対値演算手段１１２からの出力信号を
時間平均する第２の信号平均化手段１２２と、第２の信
号平均化手段１２２からの出力信号から第１の信号平均
化手段１２１からの出力信号を減ずる信号減算手段１５
０と、ある時刻前の信号増幅手段１４１の信号増幅率を
保持する増幅率記憶手段１８０と、その増幅率記憶手段
１８０と信号減算手段１５０からの出力信号を信号加算
手段１９０で加算し、これを新たな信号増幅率として増
幅率記憶手段１８０に更新して記憶し、同時に信号増幅
手段１４１の信号増幅率とすることで、自動感度補正手
段を構成するものである。

【００４０】以下、本実施の形態における感度補正手段
の構成例についてその動作の説明をする。図５における
自動感度補正の構成は、出力信号の時間平均レベルの差
を、感度補正用の増幅器にフィードバックすることで、
出力レベルが等しくなるように収束させるものである。
第１の信号平均化手段１２１の出力は、感度補正された
第１の入力信号ｉｎ１の振幅レベル時間平均で、第２の
信号平均化手段１２２の出力は、第２の入力信号ｉｎ２
の振幅レベル時間平均である。ここで、第１の入力信号
ｉｎ１が第２の入力信号ｉｎ２よりレベルが高い（即
ち、感度が高い）場合について動作を述べる。

【００４１】第１の入力信号ｉｎ１が第２の入力信号ｉ
ｎ２に対して大きい時信号減算手段１５０の出力値はマ
イナスとなる為、信号増幅率は小さくなるように更新さ
れることになる。その結果、第１の入力信号は信号増幅
手段１４１を通過後、信号増幅率の更新前に比べて、信
号は小さくなる。この動作は、第２の入力信号ｉｎ２と
第１の入力信号ｉｎ１の信号増幅手段によって補正され
た出力ｏｕｔ１のレベルが等しくなるまで、信号増幅率
は逐次小さくなる。また、大小関係が逆の場合、第１の
入力信号を大きくするように信号増幅率は更新され、結
果として、両者のレベルは等しくなるように収束する。

【００４２】このように実施の形態２によれば、実施の
形態１と同様の効果に加え、実施の形態１におけるレベ
ル比算出手段１３１、１３２で必要であった信号の除算
が、逐次更新型に置き換えられ、処理量の削減も可能と
なる。

【００４３】なお、収束速度や感度補正精度を制御する
ためには、信号減算手段１５０と信号加算手段１９０の
間に、フィードバック量を大きくまたは小さくする定数
を与えるための信号増幅手段を設けることで対応が可能
である。但し、この定数は第１と第２の信号平均化手段
１２１、１２２に含めることができる。

【００４４】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３におけるマイクロホン装置について、図６を用いて説
明する。図６は、実施の形態１の中で、第１と第２の自
動感度補正手段の異なる構成を示すもので、それ以外の
部分は実施の形態１と等しいので、ここでは説明を省略
する。

【００４５】図６は、第１の入力信号ｉｎ１を増幅また
は減衰させる信号増幅手段１４１と、信号増幅手段１４
１からの出力信号を入力として、信号の絶対値を演算す
る第１の信号絶対値演算手段１１１と、第２の入力信号
ｉｎ２の信号の絶対値を演算する第２の信号絶対値演算
手段１１２と、第２の信号絶対値演算手段１１２からの
出力信号から第１の信号絶対値演算手段１１１からの出
力信号を減ずる信号減算手段１５０と、信号減算手段１
５０からの出力信号のプラスかマイナスかの符号を取り
出して、＋１か−１を出力する信号符号抽出手段１６０
と、信号符号抽出手段１６０からの符号出力を入力とし
て定数倍する重み付け手段１７０と、ある時刻前の信号
増幅手段１４１の信号増幅率を保持する増幅率記憶手段
１８０と、その増幅率記憶手段１８０と重み付け手段１
７０からの出力信号を加算し、これを新たな信号増幅率
として増幅率記憶手段１８０に記憶し、同時に信号増幅
手段１４１の信号増幅率とすることで、自動感度補正手
段を構成するものである。

【００４６】以下、本実施の形態における感度補正手段
の構成例についてその動作の説明をする。基本的な動作
は、実施の形態２と同様で、異なるところは実施の形態
２では、第１と第２の信号平均化手段１２１、１２２を
備えていたものを省き、代わりに信号減算手段１５０の
後段に、信号符号抽出手段１６０と重み付け手段１７０
を設けた点である。まず、実施の形態２における第１と
第２の信号平均化手段１２１、１２２は、第１と第２の
出力信号ｏｕｔ１、ｏｕｔ２のレベルを検出する為に必
要であった。しかし、信号の時間平均化を後段の信号増
幅率の更新部に処理を重畳させることで、信号平均化手
段を省略することができる。具体的には、ｏｕｔ１の信
号レベルがｏｕｔ２の信号レベルより大きい時、信号減
算手段１５０からの出力は、ある単位時間内で見た時に
プラスの値を取る時間がマイナスの値を取る時間より長
くなる。

【００４７】従って、信号符号抽出手段１６０によっ
て、信号減算手段１５０からの出力信号の振幅値を正規
化し、その後段の重み付け手段１７０によって信号増幅
率の更新速度を決めることで、第１の出力信号ｏｕｔ１
の信号レベルが第２の出力信号ｏｕｔ２の信号レベルよ
り大きい時、単位時間あたりに信号増幅率はプラス側に
更新され、第１と第２の出力信号ｏｕｔ１、ｏｕｔ２の
レベルが等しくなるように収束する。また、収束状態で
は、入力信号に従って、ある範囲で信号増幅率の値は増
減するかたちで振動するが、重み付け手段１７０の重み
付けを十分小さくすることで実用上問題ないレベルにす
ることができる。

【００４８】このように実施の形態３によれば、実施の
形態２で必要であった信号平均化手段が省略でき、処理
として絶対値、減算、符号判定と言った軽微な処理の組
み合わせで、少ない処理量で自動感度補正が実現でき
る。

【００４９】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
おけるマイクロホン装置について、図７，図８を用いて
説明する。図７は、実施の形態１の図１において、第１
と第２の自動感度補正手段１００、３００の異なる構成
を示すもので、それ以外の部分は実施の形態１と等しい
ので、ここでは説明を省略する。ここでは、自動感度補
正手段についておいて、感度レベルだけでなく周波数特
性のばらつき補正の効果を得る構成について述べる。

【００５０】図７は、自動感度補正手段１００または３
００の構成例で、自動感度補正が周波数帯域毎に行われ
るもので、帯域分割手段と各帯域毎に設けられた自動感
度補正手段から構成される。ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）５０１とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６０１は、第
１の入力信号ｉｎ１を帯域分割する手段で、ローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ）５０２とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
６０２は、第２の入力信号ｉｎ２を帯域分割する手段で
ある。

【００５１】５１０は第１の帯域自動感度補正手段であ
って、（ＬＰＦ）５０１と（ＬＰＦ）５０２からの出力
信号を入力として、低域信号成分の感度補正を行い、
（ＬＰＦ）５０２からの出力信号レベルを基準に（ＬＰ
Ｆ）５０１からの出力信号を感度補正してそれぞれ出力
する。６１０は第２の帯域自動感度補正手段であって、
（ＨＰＦ）６０１と（ＨＰＦ）６０２からの出力信号を
入力として、高域信号成分の感度補正を行い、（ＨＰ
Ｆ）６０２からの出力信号レベルを基準に（ＨＰＦ）６
０１からの出力信号を感度補正してそれぞれ出力する。

【００５２】７０１は、第１の信号加算手段で、第１の
帯域自動感度補正手段５１０からの第１の入力信号に対
応する出力信号と、第２の帯域自動感度補正手段６１０
からの第１の入力信号に対応する出力信号を加算して、
第１の出力信号ｏｕｔ１を得る。７０２は、第２の信号
加算手段で、第１の帯域自動感度補正手段５１０からの
第２の入力信号に対応する出力信号と、第２の帯域自動
感度補正手段６１０からの第２の入力信号に対応する出
力信号を加算して、第２の出力信号ｏｕｔ２を得る。

【００５３】ここで、第１と第２の帯域自動感度補正手
段５１０、６１０は、実施の形態１から実施の形態３に
おける自動感度補正手段（図３、図４、図６）などを用
いることができる。

【００５４】このようにして、本実施の形態のマイクロ
ホン装置は、帯域分割手段の後段で各帯域毎に自動感度
補正手段を設けることで、マイクロホンユニットの音圧
周波数特性のばらつきも校正することができるようにな
る。

【００５５】また、図１の構成において、第１の自動感
度補正手段１００には、図３または図４または図６に示
した感度レベルを補正する構成を用い、第２の自動感度
補正手段３００には、本実施の形態の帯域分割型の自動
感度補正を用いる組み合わせも考えられる。これは、帯
域分割型の方が処理量が大きいことを考慮して、第１の
指向性合成手段の後段では出力信号の数が減るために、
効果対処理量の関係を考えた場合、有効な方法であると
考えられる。

【００５６】図８は、第１の自動感度補正手段１００に
図６に示す構成、第２の自動感度補正手段３００に図７
に示す構成を用いた時のマイクロホン装置の音圧周波数
特性図（正面０°，９０°，１２０°，１８０°）であ
る。従来例の指向特性（図１３）や実施の形態１におけ
る指向特性（図４）に比較して、さらに指向特性の改善
が得られている。

【００５７】このようにして、本実施の形態のマイクロ
ホン装置は、２次音圧傾度型マイクロホンを構成する際
に、２段構成になる音圧傾度指向性合成部の各段の前
で、各マイクロホンユニットまたは、各指向性合成出力
の自動感度補正を行うことで、指向性特性の改善された
マイクロホンを、ユニットの選別や回路による調整をす
ることなく低コストで実現することができる。

【００５８】また、帯域分割型の自動感度補正を用いる
ことで、音圧周波数特性の違いも補正可能であるため、
マイクロホンユニットの周波数特性ばらつきや、筐体に
内臓型のマイクロホン装置に応用する場合に問題となる
筐体の反射や回折の影響も補正することができるように
なり、一般に広く用いられる１次音圧傾度マイクロホン
にも適用が可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本願の請求項１〜８記載の
発明によれば、指向性または超指向性マイクロホンを実
現する際に、マイクロホンユニットの選別や、計測評価
を伴う調整作業を行うことなく、理想的な指向性マイク
ロホンの特性を実現できるようになり、低コストで高性
能なマイクロホンを提供することができる。

【００６０】また、ビデオムービーや携帯機器に指向性
マイクロホンを内蔵する場合に、筐体やユーザの手など
の反射や回折と言った音響的な影響を低減することがで
き、実装の自由度が高まることや、調整なしに最善の状
態のマイクロホン性能を実現できるなどの効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン装
置の構成を示す図

【図２】本発明の実施の形態１における第１の自動感度
補正手段の構成を示す図

【図３】本発明の実施の形態１における第２の自動感度
補正手段の構成を示す図

【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロホン音
圧周波数特性図

【図５】本発明の実施の形態２における自動感度補正手
段の構成を示す図

【図６】本発明の実施の形態３における自動感度補正手
段の構成を示す図

【図７】本発明の実施の形態４における自動感度補正手
段の構成を示す図

【図８】本発明の実施の形態４におけるマイクロホン音
圧周波数特性図

【図９】従来例の構成図

【図１０】音圧傾度型の指向特性例を示す図

【図１１】マイクロホンユニットが理想状態での２次音
圧傾度型のマイクロホン音圧周波数特性（指向性合成後
出力でイコライザ特性を除く）を示す図

【図１２】マイクロホンユニットの感度および周波数特
性のばらつき例を示す図

【図１３】図１２のばらつきにおける従来例マイクロホ
ン装置の音圧周波数特性図

【符号の説明】

１ 第１のマイクロホンユニット ２ 第２のマイクロホンユニット ３ 第３のマイクロホンユニット １００ 第１の自動感度補正手段 １０１ 第１の帯域制限手段 １０２ 第２の帯域制限手段 １０３ 第３の帯域制限手段 １１１ 第１の信号絶対値演算手段 １１２ 第２の信号絶対値演算手段 １１３ 第３の信号絶対値演算手段 １２１ 第１の信号平均化手段 １２２ 第２の信号平均化手段 １２３ 第３の信号平均化手段 １３１ 第１のレベル比算出手段 １３２ 第２のレベル比算出手段 １４１ 第１の信号増幅手段 １４２ 第２の信号増幅手段 ２００ 第１の指向性合成手段 ２０１ 第１の信号遅延手段 ２０２ 第２の信号遅延手段 ２１１ 第１の信号減算手段 ２１２ 第２の信号減算手段 ３００ 第２の自動感度補正手段 ４００ 第２の指向性合成手段 ４０１ 第３の信号遅延手段 ４１１ 第３の信号減算手段

フロントページの続き (72)発明者 松岡 智美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D020 BB05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１から第Ｎの無指向性マイクロホンユニ
   ットと、 前記第１から第Ｎの無指向性マイクロホンユニットから
   の出力信号を入力として、第Ｎの無指向性マイクロホン
   ユニットからの入力信号を基準として、各信号間の感度
   または音圧感度対周波数特性のばらつきを自動的に補正
   して出力する第１の自動感度補正手段と、 前記第１の自動感度補正手段からのＮ個の出力信号を入
   力として、指向性合成を行い、同一の指向性を持つ２つ
   以上の出力信号を出力する第１の指向性合成手段と、 前記第１の指向性合成手段から出力される２つ以上の出
   力信号を入力として、１つの入力信号を基準として各信
   号間の感度または音圧感度対周波数特性のばらつきを自
   動的に補正して、各々の信号を出力する第２の自動感度
   補正手段と、 前記第２の自動感度補正手段からの出力信号を入力とし
   て指向性合成を行う第２の指向性合成手段とを備えるこ
   とを特徴とするマイクロホン装置。
2. 【請求項２】前記第１または第２の自動感度補正手段
   が、自動感度補正手段の入力信号または出力信号の低域
   成分のレベル比較に基づいて感度補正量を決定する請求
   項１に記載のマイクロホン装置。
3. 【請求項３】前記第１の自動感度補正手段が、入力信号
   の１〜２ｋＨｚより低い周波数帯域の信号レベル比較に
   基づいて、感度補正量を決定する請求項２に記載のマイ
   クロホン装置。
4. 【請求項４】前記第１の自動感度補正手段が、入力信号
   の低域成分のレベル比較に基づいて感度補正量を決定
   し、 前記第２の自動感度補正手段が、音圧感度対周波数特性
   のばらつきを補正することにより、前記第１の指向性合
   成手段における信号合成時に発生する誤差を再補正し
   て、前記第２の指向性合成手段における指向性合成の精
   度改善することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ
   ホン装置。
5. 【請求項５】前記第１または第２の自動感度補正手段
   が、 Ｎ個の複数入力に対して、それぞれレベルを検出する第
   １から第Ｎのレベル検出手段と、 前記第Ｎのレベル検出手段からの出力信号と前記第１か
   ら第Ｎ−１のレベル検出手段からの出力信号それぞれを
   入力として、前記第Ｎのレベル検出手段からの出力信号
   を基準として前記第１から第Ｎ−１の入力信号のレベル
   をそれぞれ等しくなるように増幅率を計算する第１から
   第Ｎ−１のレベル比算出手段と、 前記第１から第Ｎ−１のレベル比算出手段からの増幅率
   出力に基づいて第１から第Ｎ−１の入力信号を増幅また
   は減衰させる第１から第Ｎ−１の信号増幅手段とからな
   る感度補正Ａを備えたことを特徴とする請求項１から請
   求項４のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
6. 【請求項６】前記第１または第２の自動感度補正手段
   が、 Ｎ個の複数入力に対して第１から第Ｎ−１の入力信号を
   感度補正値に従って増幅して前記第１または第２の自動
   感度補正手段の出力とする第１から第Ｎ−１の信号増幅
   手段と、 前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手段からの出力信号と
   第Ｎの入力信号のそれぞれの絶対値をとる第１から第Ｎ
   の信号整流手段と、 前記第Ｎの信号整流手段からの出力信号とそれぞれ前記
   第１から第Ｎ−１の信号整流手段からの出力信号を入力
   として、それぞれの信号レベル比較をする第１から第Ｎ
   −１の信号レベル比較手段と、 前記第１から第Ｎ−１の信号レベル比較手段からの出力
   である信号レベルの大小関係に従って第１から第Ｎ−１
   の信号に対する信号増幅率を増加または減少の更新を行
   う第１から第Ｎ−１の信号増幅率更新手段とからなる感
   度補正Ｂを備え、 前記第１から第Ｎ−１の信号増幅率更新手段からの信号
   増幅率に基づいて、前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手
   段の信号増幅率が決定されることにより第Ｎの入力信号
   を基準とした第１から第Ｎ−１の入力信号の感度補正を
   実現することを特徴とする請求項１から請求項４のいず
   れか１項に記載のマイクロホン装置。
7. 【請求項７】前記第１または第２の自動感度補正手段
   が、 Ｎ個の複数入力に対して、第１から第Ｎ−１の入力信号
   を感度補正値に従って増幅し前記第１または第２の自動
   感度補正手段の出力とする第１から第Ｎ−１の信号増幅
   手段と、 前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手段からの出力信号と
   第Ｎの入力信号のそれぞれの絶対値をとる第１から第Ｎ
   の信号整流手段と、 前記第Ｎの信号整流手段からの出力信号とそれぞれ前記
   第１から第Ｎ−１の信号整流手段からの出力信号を入力
   として、信号を減算する第１から第Ｎ−１の信号減算手
   段と、 前記第１から第Ｎ−１の信号減算手段からの出力信号を
   入力として、入力信号の符号に従って第１から第Ｎ−１
   の信号に対する信号増幅率を更新する第１から第Ｎ−１
   の信号増幅率更新手段とからなる感度補正Ｃを備え、 前記第１から第Ｎ−１の信号増幅率更新手段からの信号
   増幅率に基づいて、前記第１から第Ｎ−１の信号増幅手
   段の信号増幅率を決定することにより、第Ｎの入力信号
   を基準とした第１から第Ｎ−１の入力信号の感度補正を
   実現することを特徴とする請求項１から請求項４のいず
   れか１項に記載のマイクロホン装置。
8. 【請求項８】前記第１または第２の自動感度補正手段に
   おいて、 第１から第Ｎの入力信号をそれぞれ複数帯域に帯域分割
   する第１から第Ｎの帯域分割手段を設け、各帯域は前記
   感度補正Ａまたは前記感度補正Ｂまたは前記感度補正Ｃ
   のいずれか１つの感度補正を行い、感度補正後に各帯域
   信号出力を加算する第１から第Ｎ−１の信号加算手段に
   よって、第１から第Ｎの感度補正された出力信号を得る
   ことによって、音圧感度対周波数特性を校正することを
   特徴とする請求項１に記載のマイクロホン装置。
9. 【請求項９】第１から第Ｎの複数のマイクロホンユニッ
   トと、 前記第１から第Ｎのマイクロホンユニットからの出力信
   号を入力として、それぞれ各入力を複数帯域に帯域分割
   する第１から第Ｎの帯域分割手段を設け、各帯域は前記
   感度補正Ａまたは前記感度補正Ｂまたは前記感度補正Ｃ
   のいずれか１つの感度補正を行い、感度補正後に各帯域
   信号出力を加算する第１から第Ｎ−１の信号加算手段に
   よって、第１から第Ｎの感度補正された出力信号を得る
   ことによって、音圧感度対周波数特性を校正する自動感
   度補正手段と、 前記自動感度補正手段からの出力信号を入力として指向
   性を合成する指向性合成手段を備えたことを特徴とする
   マイクロホン装置。