JP2017098707A - Flat directional microphone - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水平方向に広く、垂直方向に狭い扁平な指向性を有する扁平指向性マイクロホンの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a flat directional microphone having a flat directivity that is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction.
例えば会議や講演会などのように話者が水平方向に動く場合の集音や、オーケストラなどのように水平方向に広い音場を形成する状態の集音には、水平方向に広く、垂直方向に狭い扁平な指向性を有する扁平指向性マイクロホンが適している。
このような扁平指向性マイクロホンについては、例えば特許文献1および非特許文献1などに開示されている。
For example, when a speaker moves in a horizontal direction, such as a conference or lecture, or in a state where a wide sound field is formed in a horizontal direction, such as an orchestra, the horizontal direction is wide and the vertical direction A flat directional microphone having a flat directivity that is very narrow is suitable.
Such flat directional microphones are disclosed in, for example,
特許文献1に開示されたマイクロホンによると、双指向性を有する2つのリボンマイクロホンユニットが用いられ、これらのリボンマイクロホンユニットは指向軸が90度交差した状態で配置される。そして、リボンマイクロホンユニットの出力は、電気的に直列に接続され、直列接続により加算された出力が、90度の位相シフト回路を介して音声信号としてもたらされる。
この結果、水平方向に広く垂直方向に狭い、立体的にドーナツ形状の指向特性を有する扁平指向性マイクロホンを得ることができる。
According to the microphone disclosed in
As a result, a flat directional microphone having a three-dimensional donut-shaped directional characteristic that is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction can be obtained.
ところで、特許文献1に開示された扁平指向性マイクロホンにおいて用いられている前記した90度の位相シフト回路は、コイルとコンデンサの組み合わせにより構成されている。したがって、前記した位相シフト回路によると、音声帯域内において90度の位相シフト特性が得られるところは、コイルとコンデンサの組み合わせによって決められる共振周波数の一点のみとなり、その共振周波数以外の領域においては、90度の位相シフト特性を得ることができない。
Incidentally, the 90-degree phase shift circuit used in the flat directional microphone disclosed in
したがって、特許文献1に開示されたマイクロホンによると、前記した共振周波数の一点のみにおいて、水平方向に広く垂直方向に狭い理想的な扁平指向性を得ることができ、この特定な共振周波数を外れた周波数帯域においては、理想的な扁平指向性を得ることができない。
換言すれば、人間の声を集音するような実用的な帯域のすべての範囲内において、扁平な指向性を確保することは困難であるという技術的な課題がある。
Therefore, according to the microphone disclosed in
In other words, there is a technical problem that it is difficult to ensure flat directivity within the entire range of a practical band that collects a human voice.
一方、非特許文献1に開示されたマイクロホンKEM970によると、多数のマイクロホンユニットで構成された大規模なマイクロホンアレイが用いられ、このマイクロホンアレイと、DSP(Digital Signal Processing )による信号処理回路が伴われる。
したがって、このマイクロホンKEM970によると、大規模なマイクロホンアレイが必要であることと、DSPによる信号処理回路も伴われるため、必然的に大型化しコストの上昇は免れないものとなる。
On the other hand, according to the microphone KEM970 disclosed in Non-Patent
Therefore, according to the microphone KEM970, since a large-scale microphone array is necessary and a signal processing circuit using a DSP is accompanied, the size is inevitably increased, and an increase in cost cannot be avoided.
この発明は、前記した技術的な問題点に着目してなされたものであり、少なくとも人間の声を対象とするような実用的な帯域内の全体において、扁平な指向性を確保することができるマイクロホンを提供することを課題とするものである。
加えて、大規模なマイクロホンアレイやDSPなどによる信号処理回路を利用することなく、低価格かつ小型化が可能な扁平指向性マイクロホンを提供することを課題とするものである。
The present invention has been made paying attention to the technical problems described above, and can ensure flat directivity at least in a practical band that targets at least a human voice. It is an object to provide a microphone.
In addition, it is an object of the present invention to provide a flat directional microphone that can be reduced in price and size without using a signal processing circuit such as a large-scale microphone array or DSP.
前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る扁平指向性マイクロホンは、双指向性を有する二つのマイクロホンユニットを備え、前記各マイクロホンユニットの指向軸が互いに直交するように配置されたユニット対と、前記ユニット対からの各信号が、90度の位相差を得るようにしてそれぞれホット側端子およびコールド側端子に対して出力させる位相差分波器とが具備され、前記位相差分波器は、入出力の位相差が90度となる周波数がそれぞれに異なる複数の移送器を直列に接続した多段移送回路により構成されていることを特徴とする。 A flat directional microphone according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, includes two microphone units having bi-directionality, and a pair of units arranged so that the directional axes of the microphone units are orthogonal to each other. Each of the signals from the unit pair is output to the hot side terminal and the cold side terminal so as to obtain a phase difference of 90 degrees, and the phase difference wave It is characterized by comprising a multistage transfer circuit in which a plurality of transferers having different frequencies at which the input / output phase difference is 90 degrees are connected in series.
この場合、好ましい実施の形態においては、前記ユニット対を構成する一方のマイクロホンと前記ホット側端子との間、および前記ユニット対を構成する他方のマイクロホンと前記コールド側端子との間に、前記多段移送回路がそれぞれ備えられた構成が採用される。 In this case, in a preferred embodiment, the multistage between the one microphone constituting the unit pair and the hot side terminal and between the other microphone constituting the unit pair and the cold side terminal. A configuration provided with each transfer circuit is adopted.
そして、この発明に係る扁平指向性マイクロホンにおいて用いられる前記ユニット対を構成するマイクロホンは、コンデンサマイクロホンユニットの組み合わせ、もしくはリボン型マイクロホンの組み合わせが望ましい。 The microphone constituting the unit pair used in the flat directional microphone according to the present invention is preferably a combination of a condenser microphone unit or a combination of a ribbon type microphone.
さらに、前記多段移送回路を構成する移送器の好ましい形態は、演算増幅器の反転入力端子に一端部が共通接続された第1抵抗および第2抵抗と、前記演算増幅器の非反転入力端子に一端部が共通接続された第3抵抗およびコンデンサが備えられ、前記第1抵抗と第3抵抗の各他端部は共通接続されて移送器の入力端子を構成すると共に、前記演算増幅器の出力端子が移送器の出力端子を構成し、かつ前記コンデンサの他端部は接地されると共に、前記第2抵抗の他端部は前記演算増幅器の出力端子に接続された構成が採用される。 Further, a preferred form of the transfer device constituting the multi-stage transfer circuit includes a first resistor and a second resistor, one end of which is commonly connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, and one end of the non-inverting input terminal of the operational amplifier. Are connected in common, and the other ends of the first resistor and the third resistor are connected in common to form the input terminal of the transfer device, and the output terminal of the operational amplifier is transferred The other end of the capacitor is grounded, and the other end of the second resistor is connected to the output terminal of the operational amplifier.
この場合、前記第1抵抗、第2抵抗および第3抵抗は、互いに抵抗値が同一に設定されていることが望ましい。 In this case, it is desirable that the first resistor, the second resistor, and the third resistor have the same resistance value.
また、前記多段移送回路を構成する移送器の他の好ましい形態は、第1端子に供給される信号によって第2端子と第3端子に逆位相の信号を生成する能動素子と、前記能動素子の第2端子に一端部が共通接続された第1抵抗および第2抵抗と、前記能動素子の第3端子に一端部が共通接続された第3抵抗とコンデンサが備えられ、前記第1抵抗と第3抵抗の各他端部は直流電源間に接続されると共に、前記能動素子の第1端子が移送器の入力端子を構成し、前記第2抵抗とコンデンサの各他端部が共通接続されて移送器の出力端子が構成される。 According to another preferable embodiment of the transfer device constituting the multistage transfer circuit, an active element that generates signals in opposite phases at the second terminal and the third terminal by a signal supplied to the first terminal, A first resistor and a second resistor having one end commonly connected to the second terminal; a third resistor having a first end commonly connected to the third terminal of the active element; and a capacitor. The other ends of the three resistors are connected between the DC power sources, the first terminal of the active element constitutes the input terminal of the transfer device, and the other ends of the second resistor and the capacitor are connected in common. The output terminal of the transfer device is configured.
この場合、前記第1抵抗と第3抵抗は、互いに抵抗値が同一に設定されていることが望ましい。 In this case, it is preferable that the first resistor and the third resistor have the same resistance value.
この発明に係る扁平指向性マイクロホンは、双指向性を有する二つのマイクロホンユニットを備え、各指向軸が互いに直交するように配置されたユニット対と、このユニット対からの各信号が90度の位相差を得るようにしてそれぞれホット側端子およびコールド側端子に対して出力させる位相差分波器とを具備することにより構成される。
したがって、非特許文献1に開示されているように、大規模なマイクロホンアレイやDSPなどによる信号処理回路を利用することなく、低価格かつ小型化が可能な扁平指向性マイクロホンを提供することが可能となる。
The flat directional microphone according to the present invention includes two microphone units having bi-directionality, and a unit pair arranged so that each directional axis is orthogonal to each other, and each signal from the unit pair is about 90 degrees. A phase difference wave detector is provided to output to the hot side terminal and the cold side terminal so as to obtain a phase difference.
Therefore, as disclosed in Non-Patent
また、前記位相差分波器は、入出力の位相差が90度となる周波数がそれぞれに異なる複数の移送器を直列に接続した多段移送回路により構成される。したがって、位相差分波器の総合特性として、前記ユニット対からの各音声信号は、実用的な全帯域内においてほぼ90度の位相差になされた状態で出力させることができる。
これにより、前記した実用的な帯域内において、ほぼ扁平な指向性を確保することができるマイクロホンを提供することができる。
Further, the phase difference wave filter is constituted by a multistage transfer circuit in which a plurality of transfer devices having different frequencies at which the input / output phase difference is 90 degrees are connected in series. Therefore, as an overall characteristic of the phase difference wave detector, each audio signal from the unit pair can be output with a phase difference of approximately 90 degrees within the practical whole band.
Thereby, it is possible to provide a microphone that can ensure a substantially flat directivity within the practical band described above.
この発明に係る扁平指向性マイクロホンについて、コンデンサマイクロホンユニットを用いた図に示す実施の形態に基づいて説明する。
図1(A)にその基本構成を示したように、この発明に係る扁平指向性マイクロホン1は、双指向性を有する二つのコンデンサマイクロホンユニットMa,Mbを備え、コンデンサマイクロホンユニットMaの指向軸は前後方向に向いており、コンデンサマイクロホンユニットMbの指向軸は左右方向に向いている。すなわち、前記各コンデンサマイクロホンユニットMa,Mbの指向軸は水平面内において互いに直交するように配置されて、ユニット対Uを構成している。
A flat directional microphone according to the present invention will be described based on an embodiment shown in a drawing using a condenser microphone unit.
As shown in FIG. 1A, the basic configuration of the flat
前記コンデンサマイクロホンユニットMa,Mbによるユニット対Uは、マイクロホンケース2の上半部を構成するガードメッシュ2a内に配置されている。そして、マイクロホンケース2の下半部を構成する金属ケース2b内には、後述するインピーダンス変換器を含むマイクアンプや、位相差分波器が搭載された回路基板が収容されている。
これにより扁平指向性マイクロホン1(以下、マイクロホン本体1とも言う。)が構成されている。
The unit pair U by the condenser microphone units Ma and Mb is arranged in a guard mesh 2a that constitutes the upper half of the
Thus, a flat directional microphone 1 (hereinafter also referred to as a microphone main body 1) is configured.
図1(A)の上部にポーラパターンで示したように、コンデンサマイクロホンユニットMaとMbの単体による水平方向の指向性は、実線で示す前後方向の双指向性Daと、破線で示す左右方向の双指向性Dbを有することになる。
そして、垂直方向の指向性は、図1(A)においてユニット対Uを中央にして実線Dcで描いたように、比較的狭い特性を有することになる。
As shown by the polar pattern at the top of FIG. 1A, the horizontal directivity of the condenser microphone units Ma and Mb alone is the front-rear bidirectional directivity Da indicated by the solid line and the horizontal direction indicated by the broken line. It will have bi-directionality Db.
The directivity in the vertical direction has a relatively narrow characteristic as depicted by the solid line Dc with the unit pair U in the center in FIG.
図2は、前記したユニット対Uを構成するマイクロホンユニットMaおよびMbの出力を信号処理する第1の回路構成を示したものである。
なお、この実施の形態において用いられるマイクロホンユニットMaおよびMbは、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットが用いられている。そして、マイクロホンユニットMaおよびMbの例えば振動板側の薄膜電極が基準電位点(グランド)にそれぞれ接続され、前記振動板に対峙するそれぞれの固定電極が、インピーダンス変換回路を含むマイクアンプAaおよびAbに接続されている。
FIG. 2 shows a first circuit configuration for signal processing the outputs of the microphone units Ma and Mb constituting the unit pair U described above.
The microphone units Ma and Mb used in this embodiment are electret condenser microphone units. The thin film electrodes on the diaphragm side of the microphone units Ma and Mb, for example, are connected to a reference potential point (ground), and the fixed electrodes facing the diaphragm are connected to the microphone amplifiers Aa and Ab including the impedance conversion circuit. It is connected.
図2に示す回路構成においては、マイクアンプAaの出力端子に、3つの移送器を直列に接続した多段移送回路Paが接続されている。各位相器はそれぞれに演算増幅器OP1,OP2,OP3を備えており、3段目の移送器の出力端子が、マイクロホン本体1に配置された出力コネクタの端子ピンP2(ホット側出力端子)に接続されている。
In the circuit configuration shown in FIG. 2, a multistage transfer circuit Pa in which three transfer devices are connected in series is connected to the output terminal of the microphone amplifier Aa. Each phase shifter includes operational amplifiers OP1, OP2, and OP3, and the output terminal of the third-stage transporter is connected to the terminal pin P2 (hot output terminal) of the output connector arranged in the
また、マイクアンプAbの出力端子には、2つの移送器を直列に接続した多段移送回路Pbが接続されている。各位相器にはそれぞれに演算増幅器OP4,OP5が備えられており、2段目の移送器の出力端子がマイクロホン本体1に配置された前記出力コネクタの端子ピンP3(コールド側出力端子)に接続されている。
また、出力コネクタの端子ピンP1は、マイクロホン本体1の基準電位点(グランド)に接続されている。
A multistage transfer circuit Pb in which two transfer devices are connected in series is connected to the output terminal of the microphone amplifier Ab. Each phase shifter is provided with operational amplifiers OP4 and OP5, respectively, and the output terminal of the second stage transfer device is connected to the terminal pin P3 (cold side output terminal) of the output connector arranged in the
The terminal pin P1 of the output connector is connected to a reference potential point (ground) of the
演算増幅器を用いて形成された各移送器は、それぞれ同一の回路構成が採用されている。例えば演算増幅器OP1を用いた移送器においては、演算増幅器OP1の反転入力端子に一端部が共通接続された第1抵抗R1および第2抵抗R2と、前記演算増幅器OP1の非反転入力端子に一端部が共通接続された第3抵抗R3およびコンデンサC1が備えられる。そして、前記第1抵抗R1と第3抵抗R3の各他端部は共通接続されて移送器の入力端子を構成すると共に、前記演算増幅器OP1の出力端子が移送器の出力端子を構成し、かつ前記コンデンサC1の他端部は接地されると共に、前記第2抵抗R2の他端部は前記演算増幅器OP1の出力端子に接続されている。
前記したとおり、図2に示す他の移送器の回路構成についても同一であり、したがって他の各移送器に備えられる第1ないし第3の抵抗に対応する各符号の記載は図において省略している。
Each transfer device formed using an operational amplifier has the same circuit configuration. For example, in a transfer device using the operational amplifier OP1, a first resistor R1 and a second resistor R2 whose one ends are commonly connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and one end of the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Are connected in common with a third resistor R3 and a capacitor C1. The other ends of the first resistor R1 and the third resistor R3 are connected in common to form the input terminal of the transfer device, and the output terminal of the operational amplifier OP1 forms the output terminal of the transfer device, and The other end of the capacitor C1 is grounded, and the other end of the second resistor R2 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1.
As described above, the circuit configuration of the other transporters shown in FIG. 2 is the same, and therefore, the reference numerals corresponding to the first to third resistors provided in the other transporters are omitted in the drawing. Yes.
前記した移送器は、オールパス回路もしくはオールパスフィルタとも呼ばれており、前記第1ないし第3の抵抗R1,R2,R3の各抵抗値は同一の値(=R)に設定されていることが望ましい。この時の移送器の入出力の位相差が90度となる周波数fは、次のとおりとなる。ただし前記コンデンサC1の容量はCとする。
f=1/2πCR ……(式1)
すなわち、移送器単体の入出力の位相差が90度となる周波数fは、前記式1で求められる一点のみとなる。
The above-described transporter is also called an all-pass circuit or an all-pass filter, and it is desirable that the resistance values of the first to third resistors R1, R2, and R3 are set to the same value (= R). . The frequency f at which the phase difference between the input and output of the transporter at this time is 90 degrees is as follows. However, the capacitance of the capacitor C1 is C.
f = 1 / 2πCR (Formula 1)
That is, the frequency f at which the input / output phase difference of the single transfer unit is 90 degrees is only one point obtained by the above-described
そこで、図2に示す実施の形態においては、直列接続される各移送器は、その入出力の位相差が90度となる周波数fが、互いに異なるように設定されている。
これには、各移送器に備えられる前記した第1ないし第3の抵抗R1,R2,R3の抵抗値は同一の値(=10KΩ)に設定すると共に、各コンデンサ(C1〜C5)の値を適宜選定することで、個々の移送器の入出力の位相差が90度となる周波数fを、それぞれ異ならせている。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 2, the transfer devices connected in series are set so that the frequencies f at which the input / output phase difference is 90 degrees are different from each other.
For this purpose, the resistance values of the first to third resistors R1, R2, and R3 provided in each transfer device are set to the same value (= 10 KΩ), and the values of the capacitors (C1 to C5) are set. By appropriately selecting, the frequencies f at which the input / output phase differences of the individual transfer devices are 90 degrees are made different from each other.
なお、図2に示す回路構成においては、コンデンサマイクロホンユニットMaおよびMbは、グランドを介して互いに接続されており、またコンデンサマイクロホンユニットMaには、マイクアンプAaを介して3つ移送器を直列に接続した多段移送回路Paが接続されている。同様にコンデンサマイクロホンユニットMbには、マイクアンプAbを介して2つ移送器を直列に接続した多段移送回路Pbが接続されている。
したがってホット側端子P2と、コールド側端子P3との間には、コンデンサマイクロホンユニットMaおよびMbに、多段移送回路PaとPbの直列回路からなる位相差分波器が挿入されているものと見なすことができる。
In the circuit configuration shown in FIG. 2, the condenser microphone units Ma and Mb are connected to each other via a ground, and three condensers are connected in series to the condenser microphone unit Ma via a microphone amplifier Aa. A connected multistage transfer circuit Pa is connected. Similarly, a multi-stage transfer circuit Pb in which two transfer devices are connected in series via a microphone amplifier Ab is connected to the condenser microphone unit Mb.
Therefore, it can be regarded that a phase difference wave filter composed of a series circuit of multistage transfer circuits Pa and Pb is inserted between the condenser microphone units Ma and Mb between the hot side terminal P2 and the cold side terminal P3. it can.
ここで、図2に示す構成においては、各移送器に備えられた各コンデンサC1〜C5の容量の一例として、それぞれ次に示す値のものが採用されている。
C1=27nF,C2=22nF,C3=2.2nF,C4=20nF,C5=8nF
Here, in the configuration shown in FIG. 2, the following values are adopted as examples of the capacities of the capacitors C1 to C5 provided in each transfer device.
C1 = 27 nF, C2 = 22 nF, C3 = 2.2 nF, C4 = 20 nF, C5 = 8 nF
前記した値の各コンデンサC1〜C5を用いた場合における位相差分波器の総合特性を図3に示している。すなわちこの特性によると、約100Hz〜5KHzの範囲にわたって位相差がほぼ90度となる特性を有しており、これは前記ホット側端子P2と、コールド側端子P3との間の位相特性を示している。
これは人間の声を集音するような実用的な帯域のすべての範囲内において、位相差がほぼ90度となる特性を有するものとなる。
FIG. 3 shows the overall characteristics of the phase difference wave filter when the capacitors C1 to C5 having the values described above are used. That is, according to this characteristic, the phase difference is approximately 90 degrees over a range of about 100 Hz to 5 KHz, which indicates the phase characteristic between the hot side terminal P2 and the cold side terminal P3. Yes.
This has a characteristic that the phase difference is almost 90 degrees within the entire range of a practical band for collecting a human voice.
図1(A)に戻り、前後方向に指向軸を有するマイクロホンユニットMaの感度をKとすると、その出力信号は、Kcosθとして表され、左右方向に指向軸を有するマイクロホンユニットMbの感度を同じくKとすると、その出力信号は、Ksinθとして表すことができる。そしてユニットMbがユニットMaに対して位相差が90度の場合、2つの信号の合成成分は、次のとおりとなる。ただしjは複素数を示す。
K(cosθ+jsinθ) ……(式2)
Returning to FIG. 1A, if the sensitivity of the microphone unit Ma having the directional axis in the front-rear direction is K, the output signal is expressed as K cos θ, and the sensitivity of the microphone unit Mb having the directional axis in the left-right direction is the same. Then, the output signal can be expressed as Ksin θ. When the unit Mb has a phase difference of 90 degrees with respect to the unit Ma, the combined components of the two signals are as follows. However, j shows a complex number.
K (cos θ + jsin θ) (Formula 2)
前記式2に示すK(cosθ+jsinθ)の絶対値は一定であるため、これは次に示す数式1として表すことができる。
すなわち、図1(B)の上部にポーラパターンで示したように、水平方向には360度に感度を有する無指向性になされ、垂直方向にはユニット対Uを中央にして実線Dcで描いたように、比較的狭い指向特性を有する扁平な指向特性を有するマイクロホンを得ることができる。
したがって、この実施の形態によると、前記した偏平な指向特性は図3に基づいて説明したように、約100Hz〜5KHzの範囲にわたって得ることができる。
Since the absolute value of K (cos θ + jsin θ) shown in
That is, as shown by the polar pattern at the top of FIG. 1B, the horizontal direction is omnidirectional with a sensitivity of 360 degrees, and the vertical direction is drawn with a solid line Dc with the unit pair U at the center. Thus, a microphone having a flat directional characteristic having a relatively narrow directional characteristic can be obtained.
Therefore, according to this embodiment, the flat directivity described above can be obtained over a range of about 100 Hz to 5 KHz as described with reference to FIG.
図4〜図7は、図1〜図3に示す各構成ならびに位相シフト特性を備えた扁平指向性マイクロホンのポーラパターンと、周波数応答特性の実測値を示したものである。
図4は、マイクロホンの水平方向の指向性をポーラパターンで示しており、水平方向の指向性は、ほぼ無指向性なされていることが理解できる。
そして、図5は水平方向の周波数応答特性を示しており、aは音源に対して0度、bは90度、cは180度の場合の特性を示している。図5に示す特性から理解できるとおり、約100Hz〜5KHzの実用的な集音範囲においては、水平方向の正面、側面および背面のいずれにおいても、周波数応答の揃った特性を得ることができる。
4 to 7 show the polar patterns of the flat directional microphones having the respective configurations shown in FIGS. 1 to 3 and the phase shift characteristics, and the measured values of the frequency response characteristics.
FIG. 4 shows the directivity in the horizontal direction of the microphone in a polar pattern, and it can be understood that the directivity in the horizontal direction is almost omnidirectional.
FIG. 5 shows frequency response characteristics in the horizontal direction, where a is 0 degree with respect to the sound source, b is 90 degrees, and c is 180 degrees. As can be understood from the characteristics shown in FIG. 5, in a practical sound collection range of about 100 Hz to 5 KHz, characteristics with uniform frequency responses can be obtained in any of the front, side and back surfaces in the horizontal direction.
また図6は、マイクロホンの垂直方向の指向性をポーラパターンで示しており、これによると、正面および背面において感度が高く、垂直方向においては感度が低いことが理解できる。すなわち図4に示す水平方向の指向性を含めると、このマイクロホンは、立体的にはドーナツ形状の指向性を備えていることが理解できる。
そして、図7は垂直方向の周波数応答特性を示しており、dは音源に対して0度、eは90度、fは180度の場合の特性を示している。図7に示す特性から理解できるとおり、約100Hz〜5KHzの実用的な集音範囲においては、水平方向の正面および背面おいて、周波数応答の揃った特性を得ることができる。
FIG. 6 shows the directivity in the vertical direction of the microphone in a polar pattern. According to this, it can be understood that the sensitivity is high on the front and back surfaces and the sensitivity is low in the vertical direction. That is, when the horizontal directivity shown in FIG. 4 is included, it can be understood that the microphone has a donut-shaped directivity in a three-dimensional manner.
FIG. 7 shows frequency response characteristics in the vertical direction, where d is 0 degrees with respect to the sound source, e is 90 degrees, and f is 180 degrees. As can be understood from the characteristics shown in FIG. 7, in a practical sound collection range of about 100 Hz to 5 KHz, characteristics with uniform frequency responses can be obtained on the front and back in the horizontal direction.
なお、図2に示した実施の形態においては、前記した双指向性ユニットMa側に、3段の移送器による多段移送回路Paが接続され、双指向性ユニットMb側に、2段の移送器による多段移送回路Pbが接続されて、5次のオールパスフィルタによる位相差分波器が構成されているが、前記したフィルタの次数(移送器の段数)を増やすことで、偏平な指向性が得られる帯域を広げることができる。 In the embodiment shown in FIG. 2, a multi-stage transfer circuit Pa using a three-stage transfer device is connected to the above-described bidirectional unit Ma, and a two-stage transfer device is connected to the bidirectional unit Mb. The multi-stage transfer circuit Pb is connected to form a phase difference wave detector using a fifth-order all-pass filter. By increasing the order of the filter (the number of stages of the transfer device), flat directivity can be obtained. Bandwidth can be expanded.
また、例えば双指向性ユニットMa側に接続される多段移送回路Paのみにおいて、90度の位相差分波器を構成し、双指向性ユニットMb側はマイクアンプAbからの出力が、直接端子ピンP3(コールド側出力端子)に出力させる構成にしても、同様に扁平型指向特性を有するマイクロホンを得ることが可能となる。
これは、双指向性ユニットMb側に接続される多段移送回路Pbのみにおいて、90度の位相差分波器を構成し、双指向性ユニットMa側はマイクアンプAaからの出力が、直接端子ピンP2(ホット側出力端子)に出力させる構成にしても、同様のことが言える。
Further, for example, only the multistage transfer circuit Pa connected to the bidirectional unit Ma side constitutes a 90-degree phase difference wave transmitter, and the output from the microphone amplifier Ab is directly connected to the terminal pin P3 on the bidirectional unit Mb side. Even if the configuration is such that the output is made to the (cold side output terminal), a microphone having a flat directional characteristic can be obtained similarly.
This constitutes a 90-degree phase difference wave device only in the multistage transfer circuit Pb connected to the bidirectional unit Mb side, and the output from the microphone amplifier Aa is directly connected to the terminal pin P2 on the bidirectional unit Ma side. The same applies to the configuration in which the output is made to the (hot side output terminal).
図8は、マイクロホンユニットMaおよびMbの出力を信号処理する第2の回路構成を示すものである。
図8に示す回路構成においては、マイクロホンユニットMaに接続されたマイクアンプAaの出力端子に、多段移送回路Paが接続されており、最終段の移送器の出力端子が、マイクロホン本体1に配置された出力コネクタの端子ピンP2(ホット側出力端子)に接続されている。同様にマイクロホンユニットMbに接続されたマイクアンプAbの出力端子に、多段移送回路Pbが接続されており、最終段の移送器の出力端子が、マイクロホン本体1に配置された出力コネクタの端子ピンP3(コールド側出力端子)に接続されている。また出力コネクタの端子ピンP1は、マイクロホン本体1の基準電位点(グランド)に接続されている。
FIG. 8 shows a second circuit configuration for signal processing the outputs of the microphone units Ma and Mb.
In the circuit configuration shown in FIG. 8, the multistage transfer circuit Pa is connected to the output terminal of the microphone amplifier Aa connected to the microphone unit Ma, and the output terminal of the final stage transfer device is arranged in the
この実施の形態における各移送器は、第1端子としてのベースに供給される信号によって第2端子としてのコレクタと第3端子としてのエミッタに互いに逆位相の信号を生成する能動素子、すなわちバイポーラトランジスタを用いてそれぞれ形成されている。
例えば第1のトランジスタT1を用いた移送器においては、トランジスタT1のコレクタに一端部が共通接続された第1抵抗11および第2抵抗12と、前記トランジスタT1のエミッタに一端部が共通接続された第3抵抗R13とコンデンサC11が備えられている。そして、前記第1抵抗R11と第3抵抗R13の各他端部は直流電源(Vcc−グランド)間に接続されると共に、前記トランジスタのベースが移送器の入力端子を構成し、前記第2抵抗R12とコンデンサC11の各他端部が共通接続されて移送器の出力端子を構成している。
Each of the transporters in this embodiment is an active element, that is, a bipolar transistor, which generates signals in opposite phases to a collector as a second terminal and an emitter as a third terminal by a signal supplied to a base as a first terminal Are formed respectively.
For example, in a transfer device using the first transistor T1, the
この場合、前記した移送器におけるは第1抵抗R11と第3抵抗R13の抵抗値は、互いに同一の値に設定されていることが望ましい。
そして、前記直流電源(Vcc−グランド)間には、ベースバイアス抵抗R14とR15が直列接続され、その接続中点が前記トランジスタT1のベースに接続され、トランジスタT1のベースに直流バイアスを与えている。
なお、図8に示すトランジスタT2〜T4を用いた他の移送器の回路構成についても同一であり、したがって他の各移送器に備えられる前記各抵抗およびコンデンサに対応する符号の記載は図において省略している。
In this case, it is desirable that the resistance values of the first resistor R11 and the third resistor R13 are set to the same value in the above-described transfer device.
Base bias resistors R14 and R15 are connected in series between the DC power supply (Vcc and ground), and the midpoint of the connection is connected to the base of the transistor T1, and a DC bias is applied to the base of the transistor T1. .
Note that the circuit configuration of the other transfer devices using the transistors T2 to T4 shown in FIG. 8 is the same, and therefore, the description of the reference numerals corresponding to the resistors and capacitors provided in the other transfer devices is omitted in the drawing. doing.
前記した移送器においては、トランジスタT1のコレクタおよびエミッタにそれぞれ一端部が接続された抵抗R12の値およびコンデンサC11の容量に応じて、移送器の入出力の位相差が90度となる周波数fが決定される。これは、図2に示した演算増幅器を用いた移送器と同様の機能を果たすものとなる。
したがって、抵抗R12の値およびコンデンサC11の容量の組み合わせを、それぞれの移送器に応じて異ならせることで、その入出力の位相差が90度となる周波数fを異ならせた各移送器を得ることができる。
In the above-described transfer device, the frequency f at which the input / output phase difference of the transfer device becomes 90 degrees depends on the value of the resistor R12 having one end connected to the collector and emitter of the transistor T1 and the capacitance of the capacitor C11. It is determined. This performs the same function as the transfer device using the operational amplifier shown in FIG.
Therefore, by changing the combination of the value of the resistor R12 and the capacitance of the capacitor C11 according to each transfer device, each transfer device having different frequencies f at which the input / output phase difference is 90 degrees is obtained. Can do.
そして、ホット側端子P2と、コールド側端子P3との間には、コンデンサマイクロホンユニットMaおよびMbに、複数の移送器を直列接続した多段移送回路PaとPbによる位相差分波器が挿入されているものと見なすことができる。したがって、前記図8に示す回路構成においても、すでに説明した図3に示した例と同様に、実用的な帯域の範囲内において、前記したホット側端子P2と、コールド側端子P3との間の位相差がほぼ90度となる位相特性を持たせることができる。
したがって、図8に示した回路構成を利用しても、水平方向に360度に感度を有する無指向性を呈し、垂直方向には比較的狭い指向特性を有する扁平指向性のマイクロホンを提供することができる。
And between the hot side terminal P2 and the cold side terminal P3, the phase difference wave filter by the multistage transfer circuit Pa and Pb which connected the several transfer device in series with the condenser microphone units Ma and Mb is inserted. Can be considered. Therefore, in the circuit configuration shown in FIG. 8 as well, as in the example shown in FIG. 3 already described, within the practical band range, the above-described hot side terminal P2 and cold side terminal P3 are connected. It is possible to provide a phase characteristic in which the phase difference is approximately 90 degrees.
Therefore, even if the circuit configuration shown in FIG. 8 is used, a flat directional microphone that exhibits omnidirectional sensitivity at 360 degrees in the horizontal direction and relatively narrow directivity characteristics in the vertical direction is provided. Can do.
なお、図8に示した各移送器には、それぞれバイポーラトランジスタが用いられているが、これらはFETなどのユニポーラトランジスタを用いても同様の作用効果を得ることができる。
また、前記した実施の形態においては、双指向性を有する二つのマイクロホンユニットとしてコンデンサマイクロホンユニットの組み合わせが用いられているが、コンデンサマイクロホンユニットに代えて、リボン型マイクロホンの組み合わせについても、好適に利用することができる。
In addition, although bipolar transistors are used for the respective transporters shown in FIG. 8, the same operational effects can be obtained even if unipolar transistors such as FETs are used.
In the embodiment described above, a combination of a condenser microphone unit is used as the two microphone units having bidirectionality. However, a combination of a ribbon type microphone can be suitably used instead of the condenser microphone unit. can do.
1 扁平指向性マイクロホン(マイクロホン本体)
2 マイクロホンケース
2a ガードメッシュ
2b 金属ケース
Aa,Ab マイクアンプ
C1〜C5 コンデンサ
C11 コンデンサ
Ma,MB コンデンサマイクロホンユニット
OP1〜OP5 演算増幅器
Pa,Pb 多段移送回路(位相差分波器)
P1 端子ピン(グランド)
P2 端子ピン(ホット側出力端子)
P3 端子ピン(コールド側出力端子)
R1〜R3 抵抗
R11〜R15 抵抗
T1〜T4 能動素子(トランジスタ)
U ユニット対
1 Flat directional microphone (microphone body)
2 Microphone Case 2a Guard Mesh 2b Metal Case Aa, Ab Microphone Amplifier C1-C5 Capacitor C11 Capacitor Ma, MB Condenser Microphone Unit OP1-OP5 Operational Amplifier Pa, Pb Multistage Transfer Circuit (Phase Difference Waver)
P1 terminal pin (ground)
P2 terminal pin (hot side output terminal)
P3 terminal pin (cold side output terminal)
R1-R3 resistors R11-R15 resistors T1-T4 active elements (transistors)
U unit pair
Claims (7)
前記ユニット対からの各信号が、90度の位相差を得るようにしてそれぞれホット側端子およびコールド側端子に対して出力させる位相差分波器とが具備され、
前記位相差分波器は、入出力の位相差が90度となる周波数がそれぞれに異なる複数の移送器を直列に接続した多段移送回路により構成されていることを特徴とする扁平指向性マイクロホン。 A unit pair including two microphone units having bi-directionality, the microphone units being arranged so that the directivity axes of the microphone units are orthogonal to each other;
Each signal from the unit pair is provided with a phase difference wave detector for outputting to the hot side terminal and the cold side terminal so as to obtain a phase difference of 90 degrees, respectively.
The phase difference wave filter is a flat directional microphone characterized by comprising a multi-stage transfer circuit in which a plurality of transfer devices having different frequencies at which the input / output phase difference is 90 degrees are connected in series.
前記第1抵抗と第3抵抗の各他端部は共通接続されて移送器の入力端子を構成すると共に、前記演算増幅器の出力端子が移送器の出力端子を構成し、かつ前記コンデンサの他端部は接地されると共に、前記第2抵抗の他端部は前記演算増幅器の出力端子に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の扁平指向性マイクロホン。 The transfer device includes a first resistor and a second resistor having one end commonly connected to an inverting input terminal of the operational amplifier, and a third resistor and a capacitor having one end commonly connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier. Is provided,
The other ends of the first resistor and the third resistor are connected in common to form the input terminal of the transfer device, the output terminal of the operational amplifier forms the output terminal of the transfer device, and the other end of the capacitor The flat directivity according to any one of claims 1 to 3, wherein the portion is grounded and the other end of the second resistor is connected to an output terminal of the operational amplifier. Microphone.
前記第1抵抗と第3抵抗の各他端部は直流電源間に接続されると共に、前記能動素子の第1端子が移送器の入力端子を構成し、前記第2抵抗とコンデンサの各他端部が共通接続されて移送器の出力端子を構成していることを特徴とする請求項4に記載の扁平指向性マイクロホン。 The transfer device has one end connected in common to an active element that generates signals having opposite phases to the second terminal and the third terminal according to a signal supplied to the first terminal, and the second terminal of the active element. A first resistor and a second resistor; a third resistor and a capacitor having one end commonly connected to the third terminal of the active element;
The other ends of the first resistor and the third resistor are connected between DC power supplies, the first terminal of the active element constitutes an input terminal of the transfer device, and the other ends of the second resistor and the capacitor 5. The flat directional microphone according to claim 4, wherein the parts are connected in common to constitute an output terminal of the transfer device.
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