JP2008060902A

JP2008060902A - 単一指向性マイクロホン

Info

Publication number: JP2008060902A
Application number: JP2006235251A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Iwaki; 正和岩城; Hiroyuki Okubo; 洋幸大久保; Takehiro Sugimoto; 岳大杉本
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP4746498B2

Abstract

【課題】音源との距離に応じて近接効果の影響を抑制することのできる単一指向性マイクロホンを提供する。
【解決手段】全方位から伝来する音声に対して均一感度を有する全指向性マイクロホン１１と、全指向性マイクロホン１１に近接して配置され、前方および後方から伝来する音声に対して感度を有し、側方から伝来する音声に対して感度を有しない双指向性マイクロホン１２と、全指向性マイクロホン１１の出力と双指向性マイクロホン１２の出力とに基づいて前方から伝来する音声を抽出する前方音声抽出部１３とを含み、前方音声抽出部１３は、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離ｄに応じて、双指向性マイクロホン１２の近接効果を抑制する近接効果抑制部１３１と、近接効果抑制後の双指向性マイクロホン１２の出力を全指向性マイクロホン１１の出力から減算する減算部１３２とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、単一指向性マイクロホンに係り、特に、音源との距離に応じて近接効果の影響を抑制することの可能な単一指向性マイクロホンに関する。

マイクロホンの前方から伝来する音声に感応する単一指向性マイクロホンは、マイクロホンの全方位から伝来する音声に対して感応する全指向性マイクロホンとマイクロホンの前方および後方から伝来する音声に対して感応する双指向性マイクロホンを組み合わせて構成することができる（例えば、非特許文献１参照）。

双指向性マイクロホンを点音源に近接させた場合は、振動板に到達する音波は球面波となり、遠方から到達する平面状音波に比較して音圧傾度が急峻となるため、双指向性マイクロホンの前方および後方の音圧感度が低周波域で上昇する近接効果を有する。

図７は近接効果を示すグラフであって、音源とマイクロホンとの距離が７．５センチメートルである場合には、２００Ｈｚのマイクロホンの出力レベルは実際よりも約１１デシベル大きくなる。

全指向性マイクロホンは近接効果の影響を受けないが、全指向性マイクロホンと双指向性マイクロホンとを組み合わせた単一指向性マイクロホンは近接効果の影響を受けることとなる。

そこで、近接効果を補正するイコライザを内蔵した単一指向性マイクロホンも既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、上記提案に係る単一指向性マイクロホンは、イコライザにより双指向性マイクロホンの出力の周波数特性を無指向性マイクロホンの出力の周波数特性と一致させた後、単一指向性マイクロホンおよび双指向性マイクロホンの出力を後方から伝来する音声に対する感度が相殺されるように組み合わせている。
特開平４−５８６９９号公報（３頁、第１図）兼六館出版刊「マイクロホン・スピーカー談義」田中茂良著、ｐｐ２０〜２１

しかしながら、特許文献１に開示されている単一指向性マイクロホンにあっては、イコライザの周波数特性は固定であった。

このため、マイクロホンと音源との間の距離が変化した場合には、近接効果を適切に抑制できない場合があった。例えば、マイクロホンと音源との間の距離が大である場合には、マイクロホンの後方から伝来する音声の低周波成分が必要以上に低減されるという課題があった。一方、マイクロホンと音源との間の距離が小である場合には、近接効果によって上昇したマイクロホンの出力の低周波成分を十分に低減できないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、音源との距離に応じて近接効果の影響を抑制することのできる単一指向性マイクロホンを提供することを目的とする。

本発明の単一指向性マイクロホンは、全方位から伝来する音声に対して均一感度を有する全指向性マイクロホンと、前記全指向性マイクロホンに近接して配置され、前方および後方から伝来する音声に対して感度を有し、側方から伝来する音声に対して感度を有しない双指向性マイクロホンと、前記全指向性マイクロホンの出力と前記双指向性マイクロホンの出力とに基づいて、前方から伝来する音声を抽出する前方音声抽出部とを含む単一指向性マイクロホンであって、前記前方音声抽出部が、音声を発する音源と前記双指向性マイクロホンとの間の距離に応じて、前記双指向性マイクロホンの近接効果を抑制する近接効果抑制部と、近接効果抑制後の前記双指向性マイクロホンの出力を前記全指向性マイクロホンの出力から減算する減算部とを含む構成を有している。

この構成により、音源との距離に応じて双指向性マイクロホンの近接効果を抑制することができることとなる。

本発明の単一指向性マイクロホンは、前記前方音声抽出部が、前記音源と前記双指向性マイクロホンとの距離を測定する距離測定部を含む構成を有している。

この構成により、音源と双指向性マイクロホンとの距離を測定することができることとなる。

本発明の単一指向性マイクロホンは、前記近接効果抑制部が、前記距離測定部により測定された距離の関数として遮断周波数が決定される低域遮断型一次フィルタである構成を有していてもよい。

本発明の単一指向性マイクロホンは、前記近接効果抑制部が、前記双指向性マイクロホンの出力を周波数領域双指向性マイクロホン出力に変換するフーリエ変換部と、前記音源と前記双指向性マイクロホンとの間の距離に応じて周波数領域双指向性マイクロホンの近接効果を周波数領域で抑制する周波数領域近接効果抑制手段と、周波数領域近接効果抑制後の前記双指向性マイクロホンの出力をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換部とを含む構成を有していてもよい。

本発明は、音源と双指向性マイクロホンとの距離を測定する距離測定部を設けることにより、音源との距離に応じて近接効果の影響を抑制することができるという効果を有する単一指向性マイクロホンを提供することができるものである。

以下、本発明に係る単一指向性マイクロホンの実施形態について、図面を用いて説明する。

なお、全指向性マイクロホンおよび双指向性マイクロホンと収音対象とする音源との距離はそれぞれ等しくなるように設置されているものとする。

本発明に係る単一指向性マイクロホン１は、図１のブロック図に示すように、全方位から伝来する音声に対して均一感度を有する全指向性マイクロホン１１と、全指向性マイクロホン１１に近接して配置され、前方および後方から伝来する音声に対して感度を有し側方から伝来する音声に対して感度を有しない双指向性マイクロホン１２と、全指向性マイクロホン１１の出力と双指向性マイクロホン１２の出力とに基づいて前方から伝来する音声を抽出する前方音声抽出部１３とを含む。

そして、前方音声抽出部１３は、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離ｄに応じて、双指向性マイクロホン１２の近接効果を抑制する近接効果抑制部１３１と、近接効果抑制後の双指向性マイクロホン１２の出力を全指向性マイクロホン１１の出力から減算する減算部１３２とを含む。

また、前方音声抽出部１３は、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との距離を測定する距離測定部１３３を含んでいてもよい。

そして、近接効果抑制部１３１は、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離ｄの関数として遮断周波数が決定される低域遮断型一次フィルタである。

図２は、本発明の実施形態のハードウエア構成を示すブロック図であって、単一指向性マイクロホン１は全指向性マイクロホン１１と、双指向性マイクロホン１２と、距離測定器１６と、操作部１７と、マイクロプロセッサ２とから構成される。

マイクロプロセッサ２は、全指向性マイクロホン用アナログ・ディジタル変換部２１と、双指向性マイクロホン用アナログ・ディジタル変換部２２と、入力インターフェイス部（以下入力Ｉ／Ｆ部と記す）２３と、ディジタル・アナログ変換部２４と、ＣＰＵ２５と、記憶部２６とがバス２７を介して相互に結合された構成を有する。

全指向性マイクロホン用アナログ・ディジタル変換部２１には全指向性マイクロホン１１が、双指向性マイクロホン用アナログ・ディジタル変換部２２には双指向性マイクロホン１２が、入力Ｉ／Ｆ部２３には距離測定器１６および操作部１７がそれぞれ接続される。

ディジタル・アナログ変換部２４は、単一指向性マイクロホン１の出力として、前方から伝来する音声を出力する。

なお、距離測定器１６としては、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離を測定するものであって、超音波式、光式、レーザー光式等周知の距離測定器を使用することができる。

そして、近接効果抑制部１３１および減算部１３２は、マイクロプロセッサ２にインストールされる前方音声抽出ルーチンによりマイクロプロセッサ２内に構成される。

以下に、前方音声抽出ルーチン、および、距離測定器１６の測定結果に基づいて近接効果特性を決定する近接効果特性決定ルーチンのフローチャートを参照しつつ、本発明に係る単一指向性マイクロホンの動作を説明する。

図３は、近接効果特性決定ルーチンのフローチャートであって、本発明に係る単一指向性マイクロホン１による収音に先立って実行される。

ＣＰＵ２５は、距離測定器１６により測定された音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離ｄを読み込み（ステップＳ３１）、図４に示すような距離ｄに応じて定まる近接効果特性を決定する（ステップＳ３２）。

なお、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離ｄを、距離測定器１６で測定せずに、操作部１７を使用してユーザが設定するようにしてもよい。

図４は、距離ｄをパラメータとする近接効果特性のグラフであって、横軸は周波数を、縦軸は減衰率を表す。例えば、音源Ｓと双指向性マイクロホン１２との間の距離ｄが７．５センチメートルであるときの近接効果特性は、遮断周波数が１ＫＨｚである低域遮断型一次フィルタの特性となる。

図５は、本発明に係る単一指向性マイクロホン１による収音時に所定時間Δｔごとの割り込み処理として実行される第１の前方音声抽出ルーチンのフローチャートである。

ＣＰＵ２５は、全指向性マイクロホン１１の出力ｍ_o（ｔ）を読み込み（ステップＳ５１）、双指向性マイクロホン１２の出力ｍ_d（ｔ）を読み込む（ステップＳ５２）。

次に、ＣＰＵ２５は、双指向性マイクロホン１２の出力ｍ_d（ｔ）に含まれる近接効果によって上昇した低周波成分を近接効果特性決定ルーチンで決定された近接効果特性を使用して抑制する（ステップＳ５３）。

ＣＰＵ２５は、単一指向性マイクロホン１の前方から伝来する音声に対する全指向性マイクロホン１１および双指向性マイクロホン１２の感度が同一となるように双指向性マイクロホン１２の出力を補正したのち（ステップＳ５４）、全指向性マイクロホン１１の出力ｍ_o（ｔ）から出力補正後の双指向性マイクロホン１２の出力ｍ_d’（ｔ）を減算して前方音声ｍ_f（ｔ）を抽出する（ステップＳ５５）。

最後に、ＣＰＵ２５は、前方音声ｍ_f（ｔ）を出力してこのルーチンを終了する（ステップＳ５６）。

図６は、第２の前方音声抽出ルーチンのフローチャートである。

ＣＰＵ２５は、全指向性マイクロホン１１の出力ｍ_o（ｔ）を読み込み（ステップＳ６１）、双指向性マイクロホン１２の出力ｍ_d（ｔ）を読み込む（ステップＳ６２）。

次に、ＣＰＵ２５は、双指向性マイクロホン１２の出力ｍ_d（ｔ）をフーリエ変換して周波数領域双指向性マイクロホン出力Ｍ_d（ω）に変換し（ステップＳ６３）、周波数領域双指向性マイクロホン出力Ｍ_d（ω）に含まれる近接効果によって上昇した低周波成分を近接効果特性決定ルーチンで決定された近接効果特性を使用して周波数領域で抑制する（ステップＳ６４）。

ＣＰＵ２５は、近接効果抑制後の周波数領域双指向性マイクロホン出力Ｍ_d’（ω）を逆フーリエ変換して近接効果抑制後の時間領域双指向性マイクロホン出力ｍ_d’（ｔ）を算出する（ステップＳ６５）。

そして、ＣＰＵ２５は、単一指向性マイクロホン１の前方から伝来する音声に対する全指向性マイクロホン１１および双指向性マイクロホン１２の感度が同一となるように双指向性マイクロホン１２の出力を補正したのち（ステップＳ６６）、全指向性マイクロホン１１の出力ｍ_o（ｔ）から出力補正後の双指向性マイクロホン１２の出力ｍ_d’（ｔ）を減算して前方音声ｍ_f（ｔ）を抽出する（ステップＳ６７）。

最後に、ＣＰＵ２５は、前方音声ｍ_f（ｔ）を出力してこのルーチンを終了する（ステップＳ６８）。

上記では、マイクロプロセッサを使用して近接効果を補償しているが、既に説明したように、近接効果特性は低域遮断型一次フィルタの特性と同一であるので、双指向性マイクロホン１２の後段に可変抵抗とコンデンサとで構成した低域遮断型一次フィルタを設置し、音源との距離に応じて可変抵抗の抵抗値を変更して遮断周波数を調整するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係る単一指向性マイクロホンによれば、音源からの距離が変動する状況であっても近接効果を抑制して前方音声を収音することが可能となる。

以上のように、本発明に係る単一指向性マイクロホンは、音源との距離に応じて近接効果特性を変更することにより近接効果を効果的に抑制できるという効果を有し、指向性マイクロホンとして有効である。

本発明に係る単一指向性マイクロホンの機能構成を示すブロック図本発明に係る単一指向性マイクロホンのハードウエア構成を示すブロック図本発明に係る単一指向性マイクロホンで実行される近接効果特性決定ルーチンのフローチャート距離ｄをパラメータとする近接効果特性を示すグラフ本発明に係る単一指向性マイクロホンで実行される第１の前方音声抽出ルーチンのフローチャート本発明に係る単一指向性マイクロホンで実行される第２の前方音声抽出ルーチンのフローチャート近接効果を示すグラフ

符号の説明

１単一指向性マイクロホン
１１全指向性マイクロホン
１２双指向性マイクロホン
１３前方音声抽出部
１３１近接効果抑制部
１３２減算部
１３３距離測定部

Claims

全方位から伝来する音声に対して均一感度を有する全指向性マイクロホンと、
前記全指向性マイクロホンに近接して配置され、前方および後方から伝来する音声に対して感度を有し、側方から伝来する音声に対して感度を有しない双指向性マイクロホンと、
前記全指向性マイクロホンの出力と前記双指向性マイクロホンの出力とに基づいて、前方から伝来する音声を抽出する前方音声抽出部とを含む単一指向性マイクロホンであって、
前記前方音声抽出部が、
音声を発する音源と前記双指向性マイクロホンとの間の距離に応じて、前記双指向性マイクロホンの近接効果を抑制する近接効果抑制部と、
近接効果抑制後の前記双指向性マイクロホンの出力を前記全指向性マイクロホンの出力から減算する減算部とを含む単一指向性マイクロホン。
前記前方音声抽出部が、
前記音源と前記双指向性マイクロホンとの距離を測定する距離測定部を含む請求項１に記載の単一指向性マイクロホン。
前記近接効果抑制部が、
前記距離測定部により測定された距離の関数として遮断周波数が決定される低域遮断型一次フィルタである請求項１または請求項２に記載の単一指向性マイクロホン。
前記近接効果抑制部が、
前記双指向性マイクロホンの出力を周波数領域双指向性マイクロホン出力に変換するフーリエ変換部と、
前記音源と前記双指向性マイクロホンとの間の距離に応じて周波数領域双指向性マイクロホンの近接効果を周波数領域で抑制する周波数領域近接効果抑制手段と、
周波数領域近接効果抑制後の前記双指向性マイクロホンの出力をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換部とを含む請求項１または請求項２に記載の単一指向性マイクロホン。