JP2006186834A

JP2006186834A - マイクロホン

Info

Publication number: JP2006186834A
Application number: JP2004380123A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Hata; 紀行畑; Takuya Tamaru; 卓也田丸
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】複雑な操作を必要とすることなく、特定周波数の音を強調できるようにする。
【解決手段】筐体１０Ａと筐体１０Ｂの内部空間においては、レーザ発射部３０から出力されたレーザ光が反射部材６０Ａと反射部材６０Ｂとの間で複数回反射されてレーザ受光部４０に入射する。この際、レーザ光は、筐体１０Ａの円筒面に設けられた孔から筐体の内部空間へ伝播して共鳴した音波中を通過する際には、屈折してレーザ受光部４０における入射位置が変化する。レーザ受光部４０では、屈折して変化するレーザ光の受光位置を検出し、音声信号出力部１００は、検出した位置に対応した信号を音声信号として出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光を利用して音声を検出する技術に関する。

従来のダイナミック型やコンデンサー型に替わるマイクロホンとして、特許文献１に開示されているマイクロホンがある。このマイクロホンは、空気中にレーザ光を出射し、レーザ光が音波に接触したことにより生じるレーザ光の屈折量の変化を電気信号に変換する。このマイクロホンによれば、ダイナミック型やコンデンサー型のように機械的な振動部を必要としないため、長期の使用による振動部の劣化や過大な入力による振動部の破損を防ぐことが可能となっている。
特開平５−２２７５９７号公報

ところで、マイクロホンで音を集音した場合、特定周波数の音を強調する際には、特許文献１に開示されたマイクロホンにおいても、イコライザにより特定周波数の音を強調させることが行われる。しかしながら、このようにイコライザにより特定周波数の音を強調する場合、複雑なイコライザの操作方法を身に付けなければならず、煩雑なイコライザの操作が必要となる。このようにイコライザを使用する方法に対し、マイクロホンにおいて、電子回路によって特定周波数の音のみが強調されるように周波数特性を調整する方法も考えられるが、電子回路を備えている分、マイクロホンのコストアップにつながり、実用的ではない。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、複雑な操作を必要とすることなく、特定周波数の音を強調できる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、中空柱体状に形成されるとともに、柱体の長手方向に伸縮自在であり、内部へ貫通する孔を側面に有する筐体と、前記筐体の長手方向の一方の端部に配置され、光を反射する第１反射部材と、前記筐体内に配置され、前記第１反射部材の方向へコヒーレント光を出力する光源と、前記筐体内において前記第１反射部材に対向して配置され、前記光源から出力されて前記第１反射部材で反射されたコヒーレント光を前記第１部材の方向へ反射する第２反射部材と、前記光源から出力されて前記第１反射部材と前記第２反射部材とにより複数回反射され、前記第１反射部材と前記第２反射部材との間にある媒質中を通過したコヒーレント光を受光し、前記孔から筐体内へ伝播した音が共鳴して前記媒質の密度が変化したことにより屈折した前記コヒーレント光の受光位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された受光位置に対応した信号を出力する信号出力手段とを有するマイクロホンを提供する。

好ましい態様においては、前記マイクロホンは、前記筐体の長手方向に直交する断面の形状と同じ形状を有し、前記筐体内部において前記第１反射部材より前記筐体の長手方向中央寄りに配置され、前記コヒーレント光を通過させる孔を備えた第１保護部材と、前記筐体の長手方向に直交する断面の形状と同じ形状を有し、前記第２反射部材より前記筐体の長手方向中央寄りに配置され、前記コヒーレント光を通過させる孔を備えた第２保護部材とを備えるようにしてもよい。

本発明によれば、複雑な操作を必要とすることなく、強調された特定周波数の音を容易に得ることが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るマイクロホン１の外観図であり、図２は、マイクロホン１の内部を模式的に示した図である。図２に示したように、マイクロホン１は、長手方向の一端が開口した円筒状の筐体１０Ａと、同じく長手方向の一端が開口した円筒状の筐体１０Ｂとを備えている。筐体１０Ａにおいては、円筒面の外周部から内周部へ貫通した楕円形の孔５０Ａと、同じく外周部から内周部へ貫通して孔５０Ａに対向する楕円形の孔５０Ｂが長手方向の略中央部に設けられている。また、筐体１０Ａの内周面には、長手方向に沿った溝５１が開口端から閉端の方向へ設けられている。一方、筐体１０Ｂは、その外径が、筐体１０Ａの内径よりわずかに小となっており、外周面には、筐体１０Ａの溝５１に嵌合する凸部５２が、長手方向に沿って設けられている。筐体１０Ｂは、凸部５２が筐体１０Ａの溝５１に嵌合するように開口端側の方から筐体１０Ａの開口端へ挿入され、筐体１０Ａに対して図２中の矢印Ａ方向と矢印Ｂ方向とへスライド可能となっている。そして筐体１０Ａの内部には、図２に示したように、レーザ発射部３０と、反射部材６０Ａと、保護部材２０Ａと、レーザ受光部４０と、音声信号出力部１００とが配設されており、筐体１０Ｂの内部には、反射部材６０Ｂと、保護部材２０Ｂとが配設されている。なお、レーザ発射部３０と、反射部材６０Ａと、保護部材２０Ａと、レーザ受光部４０と、音声信号出力部１００は、図示せぬ支持部材により筐体１０Ａの内部に固定されており、反射部材６０Ｂおよび保護部材２０Ｂは、図示せぬ支持部材により筐体１０Ｂの内部に固定されている。

レーザ発射部３０は、所定の波長および所定のビーム径のレーザ光（コヒーレント光）を出力する光源である。なお、レーザ発射部３０が出力するレーザ光の波長は、可視領域や赤外領域など任意の波長の中から選択することができる。レーザ発射部３０は、図２に示したように、筐体１０Ａの内周面近傍で閉端部に近い位置に配置されており、筐体１０Ｂに配置された反射部材６０Ｂに向けてレーザ光を出力する。

レーザ受光部４０は、筐体１０Ａの半径方向でレーザ発射部３０に対向する位置に配置されており、図３に示したように、アレイ状に配設された光電変換素子を備えている。レーザ受光部にレーザ光が入射すると、アレイ状に配設された光電変換素子のうち、光を検出した光電変換素子が光を電気信号に変換する。そして、生成された電気信号が音声信号出力部１００へ出力される。なお、本実施形態においては、レーザ受光部４０は、レーザ発射部３０と同じ筐体１０Ａに配置されているが、レーザ受光部４０を筐体１０Ｂに配置するようにしてもよい。

反射部材６０Ａは、筐体１０Ａの閉端部近傍に配置され、反射部材６０Ｂは、筐体１０Ｂの閉端部近傍に配置されている。反射部材６０Ａおよび反射部材６０Ｂは、その表面がアルミ蒸着処理などによって鏡面となっており、レーザ発射部３０から出力されたレーザ光を反射する。保護部材２０Ａは、反射部材６０Ａをゴミなどから保護するための部材であり、保護部材２０Ｂは、反射部材６０Ｂをゴミなどから保護するための部材である。保護部材２０Ａは、筐体１０Ａの径方向の断面形状と同じ形状を有しており、筐体１０Ａの閉端部から見てレーザ発射部３０およびレーザ受光部４０より長手方向の中央側に配置されている。また、保護部材２０Ｂは、筐体１０Ｂの径方向の断面形状と同じ形状を有しており、筐体１０Ｂの閉端部から見て反射部材６０Ｂより長手方向の中央側に配置されている。保護部材２０Ａと保護部材２０Ｂにおいては、図２に示したようにレーザ光が通過するスリット２１が直径方向に設けられている。

レーザ発射部３０から出力されたレーザ光は、図４に示したように、保護部材２０Ａに設けられているスリット２１を通過した後、保護部材２０Ｂに設けられているスリット２１を通過して反射部材６０Ｂで反射する。反射部材６０Ｂで反射したレーザ光は、保護部材２０Ｂを通過した後、保護部材２０Ａを通過して、反射部材６０Ａで反射する。そして、反射部材６０Ａと反射部材６０Ｂとの間で複数回反射したレーザ光は、レーザ受光部４０のアレイ状に配設された光電変換素子に入射する。

筐体１０Ａと筐体１０Ｂの内部の空間において、空気中に音波が生じていない場合、レーザ発射部３０から出力されたレーザ光は筐体１０Ａおよび筐体１０Ｂの内部の空間部分を通過し、光電変換素子がアレイ状に配設されたレーザ受光部４０の中心に入光する。一方、マイクロホン１に対して音源から音波が出力されると、空気中に粗密波が生じ、空気の密な部分と粗な部分とが空気中を伝播する。そして、この粗密波は、筐体１０Ａに設けられている孔５０Ａから筐体１０Ａの内部空間へ入る。そして、筐体１０Ａと筐体１０Ｂを組み合わせて形成される円筒状の空間においては、その長手方向の長さに応じて特定の周波数の音が共鳴し、この音の粗密波の振幅が大きくなる。

粗密波が筐体内部の空間部分に到達すると、レーザ発射部３０から出力されたレーザ光は、この空気の粗密の中を通過することとなる。図５は、粗密波の分布と、この粗密波によって屈折するレーザ光の様子とを模式化して示した図である。光は媒質中を進むと媒質の密度が高い方へ屈折するため、図５においては、レーザ光は空気が密な部分の方向へ屈折する。ここで、レーザ光の屈折量は、空気密度の変化量の大きなところ（即ち、粗密波の密な部分または粗な部分）をレーザ光が通過すると大きくなり、音波が生じていない時の空気密度と同じ密度のところを通過する際には小さくなる。筐体内の空間部分において、レーザ光が音波中を通過して屈折すると、レーザ受光部４０においてはレーザ光の入射位置がレーザ受光部の中心から変位することとなり、粗密波の周期（音波の周波数）に応じて変位量が周期的に変化し、粗密波の振幅（音圧レベル）に応じて変位量が大きくなる。即ち、レーザ受光部４０におけるレーザ光の入射位置の変位は音声を表すこととなる。ここで、筐体１０Ａと筐体１０Ｂを組み合わせて形成される円筒状の空間において音が共鳴した場合、共鳴によって粗密波の振幅が大きくなるので、レーザ光の入射位置の変位が大きくなる。

音声信号出力部１００は、レーザ受光部から出力された電気信号を解析し、光を受光した光電変換素子を特定する。そして、光を受光した光電変換素子の位置からレーザ受光部の中心点までの距離を求め、例えば、中心点では電圧値を０とし、中心点からの距離が遠い場合には距離に対応した電圧値となる信号を出力する。上述したように、レーザ受光部におけるレーザ光の位置の変位は音声を表しているため、検出したレーザ光の位置に対応して出力される信号は音声を表すこととなる。そして、上述したように、筐体１０Ａと筐体１０Ｂの内部で共鳴した周波数の音波中をレーザ光が通過した場合には、レーザ受光部４０におけるレーザ光の入射位置の変位が大きくなるので、共鳴した音を表す信号は他の周波数の音を表す信号と比較して振幅が大となって出力される。

以上説明したように、本実施形態によれば、反射部材６０Ａ，６０Ｂ、レーザ発射部３０およびレーザ受光部４０が筐体１０Ａと筐体１０Ｂの内部に収められているため、汚れや破損、配置位置のずれなどが筐体内部で生じる虞が少なく、長期に渡って、メンテナンスの手間を必要とせずに使用することができる。また、レーザ光は円筒状の筐体の内部空間のみを通過するので、レーザ光が人間の眼に入射することがなく、安全に音声を検出することができる。また、本実施形態によれば、筐体１０Ｂを図２中の矢印Ｂ方向へスライドさせることにより、レーザ光の光路長を長くすることができる。レーザ光の光路長を長くするとレーザ光の屈折量が大きくなり、レーザ受光部４０に入光する光は中心点からの変位量が大きくなって、感度良く音声を検出することができる。また、本実施形態によれば、筐体１０Ｂを図２中の矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向へスライドさせて特定周波数の音を共鳴させることにより、特定周波数の音を感度良く検出することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

上述した実施形態において、レーザ発射部３０の光軸がずれる等の理由により、レーザ光がレーザ受光部４０の中心に入射しなくなる場合が考えられる。そこで、無音時にレーザ光が入射する光電変換素子の位置を記憶し、記憶した位置を中心として、レーザ光の入射位置の変位を検出するようにしてもよい。勿論、レーザ発射部３０からのレーザ光の出力角度を制御し、レーザ光がレーザ受光部４０の中心に入射するように調整するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、アレイ状に配設した光電変換素子により、レーザ光の入射位置の変位を検出していたが、図６に示したように、近接配置された一対の光電変換素子にてレーザ光を受光し、レーザ光の入射位置に応じて変化する２つの光電変換素子の出力を差動増幅器で増幅することにより、レーザ光の入射位置の変化を電気信号に変換するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、筐体１０Ａおよび筐体１０Ｂの形状は円筒状であるが、筐体１０Ａおよび筐体１０Ｂの形状は、例えば、円筒状ではなく柱状であってもよい。

本発明の第１実施形態に係るマイクロホン１の外観図である。マイクロホン１の内部を模式的に示した図である。レーザ受光部の模式図である。レーザ発射部３０から出力されるレーザ光の光路を例示した図である。音波の粗密によるレーザ光の屈折を模式的に表した図である。本発明の変形例に係るレーザ受光部の模式図である。

符号の説明

１・・・マイクロホン、１０Ａ，１０Ｂ・・・筐体、２０Ａ，２０Ｂ・・・保護部材、２１・・・スリット、３０・・・レーザ発射部、４０・・・レーザ受光部、５０Ａ，５０Ｂ・・・孔、５１・・・溝、５２・・・凸部、６０Ａ，６０Ｂ・・・反射部材、１００・・・音声信号出力部。

Claims

中空柱体状に形成されるとともに、柱体の長手方向に伸縮自在であり、内部へ貫通する孔を側面に有する筐体と、
前記筐体の長手方向の一方の端部に配置され、光を反射する第１反射部材と、
前記筐体内に配置され、前記第１反射部材の方向へコヒーレント光を出力する光源と、
前記筐体内において前記第１反射部材に対向して配置され、前記光源から出力されて前記第１反射部材で反射されたコヒーレント光を前記第１部材の方向へ反射する第２反射部材と、
前記光源から出力されて前記第１反射部材と前記第２反射部材とにより複数回反射され、前記第１反射部材と前記第２反射部材との間にある媒質中を通過したコヒーレント光を受光し、前記孔から筐体内へ伝播した音が共鳴して前記媒質の密度が変化したことにより屈折した前記コヒーレント光の受光位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された受光位置に対応した信号を出力する信号出力手段と
を有するマイクロホン。
前記筐体の長手方向に直交する断面の形状と同じ形状を有し、前記筐体内部において前記第１反射部材より前記筐体の長手方向中央寄りに配置され、前記コヒーレント光を通過させる孔を備えた第１保護部材と、
前記筐体の長手方向に直交する断面の形状と同じ形状を有し、前記第２反射部材より前記筐体の長手方向中央寄りに配置され、前記コヒーレント光を通過させる孔を備えた第２保護部材と
を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。