JP2024515837A - マイクロホンアレイ - Google Patents

Abstract

マイクロホンアレイは、複数のマイクカプセルを含み、その出力は音の指向性録音のために電子的に組み合わされる。マイクロホンアレイの指向性および周波数特性は、マイクロホンカプセルの数および位置に依存する。少数のマイクロホンカプセルだけで可能な限り最小のマイクロホンアレイを取得するために、音声周波数範囲に渡ってほぼ均一な指向性および周波数依存性を有するが、拡大縮小が可能であり、カプセルの小さな誤った位置決めに対して堅牢である。１５個または２１個のマイクロホンカプセル（Ｋ１５，１１～Ｋ１５，３５，Ｋ２１，１１～Ｋ２１，３７）がキャリア（Ｔ，Ｔ’）上に配置され、これらは３つの類似したブランチ上に位置し、各ブランチには同じ数のマイクロホンカプセルが設けられ、これらは、互いに１２０°回転している。マイクロホンカプセルの各々は、互いに１２０°回転している３つの軸（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２）を備えた平面等角座標系（正三角形のＬ２グリッドを形成する）においてＬ２グリッドの三角形の隅に位置する。

Description

本発明は、マイクロホンアレイに関し、特に音を捕獲するためにアレイとして共に動作する複数のマイクロホンカプセルの配列に関する。

マイクロホンアレイは、ビームフォーミング、ノイズ抑制、または音源の探索のために頻繁に使用される。これらは、複数のマイクロホンカプセルを含み、その出力信号は、電子的に相互接続され、音声の指向性録音のために一緒に作動する。相互接続のタイプは、音響録音のためのマイクロホンアレイの感度が特に高い優先方向を生成できる。個々のマイクロホン信号の電子的な組み合わせにより、この優先方向は電子的に調整可能であり、これにより極めて短い応答時間で優先方向を変更できる。しかしながら、マイクロホンアレイは、必ずしも全ての方向について同等に良好な指向性効果を有していないが、多くの場合、マイクロホンカプセルの配置に応じて１つ以上の固定された優先方向を有する。さらに、マイクロホンアレイは、全ての周波数について同等に作動せず、むしろ周波数依存性を示す。これは、とりわけ、マイクロホンカプセル間の距離に依存する。従って、マイクロホンアレイの極めて重要な態様が、マイクロホン表面上のマイクロホンカプセルの幾何学的配置である。即ち、所定の数のマイクロホンカプセルでは、これらは、可能な限り多くの素子間距離、即ち、アレイの個々のマイクロホンカプセル間の距離を、可能な限り多くの様々な方向にカバーする必要がある。

マイクロホンカプセルのタイプ、数、位置決めに関しては種々の戦略がある。多くの場合、例えば、部屋の天井に搭載できるマイクロホンアレイの場合、多数のマイクロホンカプセルが互いに組み合わされ、可能な限り多くの異なる優先方向および特定の周波数範囲を捕捉できるようにする。多くの場合、これは音声周波数の範囲、例えば、１００Ｈｚ～１０ｋＨｚである。この分野の典型的な手法は、ヒューリスティックであり、例えば、線、円、スパイラルなど、全ての想定できる解析的に記述可能な多様体を「試す」ことによる非常に時間の要する検索であり、そして数値シミュレーションである。

例えば、米国特許第６２０５２２４Ｂ１号では、アンテナまたはマイクロホンカプセルなど、少なくとも６３個のセンサ素子が同心円上に、そして同時にスパイラル上に配置され、方向に大きく依存せずに高度の指向性を有する広帯域検出を可能にしている。センサ配置の方向および周波数特性は、いわゆる共同アレイによって示され、これは素子間距離およびこれらの距離の方向を示す。米国公開第２０１３／０１０１１４１Ａ１号では、これも方向に依存しない広帯域検出を目的としており、３０個のマイクロホンカプセルが六角形の回路基板の表面に均等に分布しており、これらのいくつかが相互接続できる。米国公開第２０１６／０３２３６６８Ａ１号でも、多数のマイクロホンカプセルが相互接続されてマイクロホンアレイを形成し、複数の回路基板上にほぼ均等に分布している。中央の基板が、６４個のマイクロホンカプセルを含んでおり、一方、その周囲に円形状に配置された７個の基板の各々がさらに８個のマイクロホンカプセルを含んでおり、合計１２０個のマイクロホンカプセルになる。これら全てのケースにおいて、多数のマイクロホン信号により高い計算量が発生し、全体的に大きなマイクロホンアレイになる。

従って、言及した文書以外の他の戦略は、可能な限り少ない数のマイクロホンカプセルをアレイに使用することである。この場合、ノイズを低減するためには、または高い信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を得るためには、マイクロホンカプセルは、可能な限り小さいノイズを有すること、即ち、高品質のものにする必要がある。さらに、アレイ内の全てのマイクロホンカプセルの電気音響特性は、厳しい許容範囲内でほぼ同一である必要がある。ドイツ公開第１０ ２０１０ ０１２３８８Ａ１号では、ゴロム定規の交点にマイクロホンカプセルを位置決めすることによって、マイクロホンカプセルの数およびその位置決めを最小化する数理論的手法が追求されています。これによりマイクロホンカプセルの数は減少するが、非対称分布に起因して、全ての方向に不均一な指向性特性になる。さらに、マイクロホンカプセルは、表面全体にほぼ均等に分布している。米国特許第９８９４４３４Ｂ２号には、１７個のマイクロホンカプセルを備えたマイクロホンアレイが記載されており、約６０×６０ｃｍの比較的大きな正方形領域の対角上に配置されている。このサイズは、言及したアレイの大部分で典型的である。さらに、言及したアレイの大部分は、マイクロホンカプセルの小さな誤った位置決めでも影響を受けやすく、破壊的な非線形効果が発生することなく、サイズを拡大縮小できないという問題を有する。

地震学の分野では、センサアレイの研究が古くから行われてきた。文献（"Bulletin of the Seismological Society of America", Vol. 58, June 1968）中のＲ．Ｈａｕｂｒｉｃｈ（ハウブリッヒ）による記事"Array Design"には、地震波、海洋波、または電磁ラジオ波の検出のためのアレイが可能な限り少ないセンサでどのように構築できるかが説明されている。種々のセンサ配置の指向性特性および周波数特性は、共同アレイを用いて評価されている。この基準に従って「完全」または「最適」と考えられる種々のセンサ配置が提案されており、等角座標系の交点にセンサが設けられる等角アレイを含む。

本発明は、可能な限り小型で可能な限り数の少ないマイクロホンカプセルを提供することを目的としており、このマイクロホンカプセルは、カプセルの小さな誤った位置決めに対してより堅牢であり、方向に依存しない高い指向性を有し、音声周波数範囲に渡ってほぼ均一な周波数依存性を有し、天井マイクロホンとして使用できる。この目的は、請求項１に記載のマイクロホンアレイによって解決される。

数年前にＲ．Ｈａｕｂｒｉｃｈによって提案された地震センサのアレイの一部の構造は、マイクロホンカプセルのアレイにも適していることが判明した。特に、１５個または２１個のマイクロホンカプセルを備えた等角アレイは、特に良好な音響特性を有し、例えば、音源の良好な定位性およびハイレベルの指向性、その他の利点、例えば、低い製造コストを有する。これは、録音する音声周波数に従ってアレイのサイズが縮小された場合にも当てはまり、以前よりも小型のアレイが可能である。

本発明によれば、マイクロホンアレイは、少ない数のマイクロホンカプセル、特に１５個または２１個のマイクロホンカプセルと、マイクロホンカプセルに接続され、マイクロホン信号を受信して、これらを一緒に処理するのに適した回路構成とを有する。マイクロホンカプセルは、キャリア、即ち、それぞれ同じ数のマイクロホンカプセルを備えた３つの類似したブランチ上の特定の位置で平面内に配置され、ブランチは、共通の中心の周りに互いに１２０°回転して配置され、互いに１２０°回転した３つの軸を備えた平面等角座標系において、これらは、正三角形のいわゆるＬ２グリッド（Ｌ２格子）を形成しており、マイクロホンカプセルの各々は、Ｌ２グリッドの三角形の隅に位置する。エレクトレットカプセルの使用は特に有利であり、これらは、典型的には、少ない固有ノイズと低い自己共振を有するため、より高い音圧レベル範囲をカバーできる。しかしながら、別のマイクロホンカプセル、例えば、ＭＥＭＳも使用できる。

本発明に係るアレイの１つの利点は、共同アレイを用いて計算できるように、関連する音声周波数範囲全体に渡って全ての方向に良好で均一な指向性を有することである。しかしながら、本発明に係るアレイの更なる利点は、マイクロホンカプセルの小さな誤った位置決めに対する比較的高い堅牢性と、小型のアレイサイズと、より低いコストと、そしてサイズ拡張性の比較的自由な可能性とを含む。

さらに有利な実施形態が、請求項２～１１に開示されている。

更なる詳細および有利な実施形態は、図面に示されている。

本発明の第１実施形態において１５個のマイクロホンカプセルの配置を示す。 本発明の第２実施形態において１５個のマイクロホンカプセルの配置を示し、第１実施形態とは鏡像対称である。 第１または第２の実施形態に係るマイクロホンカプセルの配置の共同アレイを示す。 第１実施形態に係るマイクロホンカプセルの配置のための回路基板の配置例を示す。 本発明の第３実施形態において２１個のマイクロホンカプセルの配置を示す。 本発明の第４実施形態において６個のマイクロホンカプセルの配置を示す。 マイクロホンアレイのブロック図を示す。

本発明の第１の実施形態において、図１は、キャリアＴ上の１５個のマイクロホンカプセルの配置を示す。マイクロホンカプセルは、合同なブランチ上に３つの等しいグループに配置され、それぞれが互いに１２０°回転している。第１ブランチは、例えば、カプセルＫ_{１５，１１}，Ｋ_{１５，１２}，Ｋ_{１５，１３}，Ｋ_{１５，１４}，Ｋ_{１５，１５}を含む。第２ブランチは、カプセルＫ_{１５，２１}～Ｋ_{１５，２５}を含み、第３ブランチは、カプセルＫ_{１５，３１}～Ｋ_{１５，３５}を含む。配向についてはデカルト座標系Ｘ，Ｙが示されていますが、カプセルは、等角座標系の交点上に位置し、これも図１に示している。等角座標系は、１つの平面内に６０°オフセットした３つの軸Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２を有し、正三角形で構成される。これらの三角形の各辺は、軸Ｌ０，Ｌ１，またはＬ２のうちの１つに対して平行である。配置全体の中心は、その周りに３つの合同なブランチが互いに回転しており、デカルト座標系の原点である（即ち、Ｘ＝０，Ｙ＝０）。同時に、それは、等角座標系の中心三角形Ｄ_Ｍの重心でもある。
中心三角形Ｄ_Ｍのその隅（Ｌ０軸に対して平行な辺の反対側にある）は、ここでは等角座標系の基準点Ｒとして任意に選択される。

等角座標系の位置は、正三角形の辺長の倍数として特定される。例えば、中心三角形Ｄ_Ｍの右上隅は、基準点ＲからＬ１軸の方向に１つの辺長だけシフトしており、これは、等角座標において位置（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２）＝（０，１，０）として特定される。これに対応して、中心三角形Ｄ_Ｍの左上隅は、基準点ＲからＬ２軸の方向に１つの辺長だけシフトしており、即ち、等角座標において位置（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２）＝（０，０，１）にある。基準点Ｒから出発すると、マイクロホンカプセルは下記の位置にある。

（表１）

デカルト座標（Ｘ，Ｙ）では、スケールに応じて、近似的に下記の値になる（例えば、図１に示すように、三角形の辺長または等角長さ単位がそれぞれ０．０５ｍの場合、単位：メートル）。

（表２）

スケールは、２つのマイクロホンカプセル間の最小距離が等角座標系の三角形の辺長に対応するように選択されることになる。こうして図１に示すマイクロホンアレイは、約３５ｃｍの直径を有する。

位置は、図１に示す座標系に適用され、当然ながら、座標系またはアレイが回転したり、他の参照点が選択されたりした場合、数値的に逸脱する。さらに、等角座標系では様々な方法でその位置に到達可能であり（軸が互いに直交していないため）、異なる等価な座標をもたらす。例えば、（１，１，０）、（０，２，－１）、（２，０，１）、（３，－１，２）およびその他の更なる座標は、同じ点を定義する。いくつかの等価な変形例が、中心点の周りに回転することによって、図１に示す配置上にマッピングできる。

図２は、第１実施形態と鏡像対称である本発明の第２実施形態におけるキャリアＴ’上にある１５個のマイクロホンカプセルの配置を示す。これは、第１実施形態の配置と同じ音響的特性および幾何学的特性を有し、それと等価である。ここではＹ軸に沿って鏡像対称性が存在する。しかしながら、第１実施形態に係る配置を任意の軸で鏡像化することによって、同一で回転した変形例を生成できる。アレイの感度は、全ての方向にほぼ均一に調整できるため、これらの変形例は全てが等価であり、即ち、同じ共同アレイが得られため、第１または第２の実施形態と同一である。等角座標系は、例えば、外側エッジ上の３つの位置（例えば、Ｋ_{１５，１１}，Ｋ_{１５，１２}，Ｋ_{１５，１３}またはＫ’_{１５，２１}，Ｋ’_{１５，２２}，Ｋ’_{１５，２３}）が、等角座標系の軸Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２のうちの１つに対して平行である直線上にあるという点で、所定の配置または所定のベース領域について決定できる。この３つのグループ内の２つの隣接する位置間の距離は、三角形の辺長に対応しており、したがって等角座標系の単位に対応する。

図３は、第１および第２実施形態に係る配置の共同アレイを示し、これは、原理的にＲ．Ｈａｕｂｒｉｃｈの理論から知られているが、ここでは音声の音波または音声周波数にそれぞれ適応されている。その点は、アレイの２つのマイクロホンカプセルの互いの相対位置、即ち、これらの間の距離およびこれらの距離の方向を表す。換言すると、共同アレイ内の各点は、アレイ内に少なくとも１対のマイクロホンカプセルが存在し、互いを基準としたその相対位置が、共同アレイ中心点Ｃ_Ｍに対するこの共同アレイ点の位置と同じであることを意味する。こうして各点は、可能性のある音波の入射方向および波長を表しており、これらはその方向に従って正確にマイクロホンアレイによって処理でき、即ち、音源の位置を特定し、指向性効果を発生するために使用できる。ここで、等角座標系の点において共同アレイに孔が発生しないことが重要である。これはここでも真実である。共同アレイでの孔は、マイクロホンアレイが、対応する入射方向および波長の音波を指向的に正確な方法で処理できないことを意味する。しかしながら、通常は、一義的に関連付けられたマイクロホン配置を共同アレイから直接に推論することはできない。

本発明によるマイクロホン配置の共同アレイは、（少なくとも共同アレイの内側領域において）各共同アレイ点がその周りに均等に配置された６つの隣接点を有するという有利な特性を有する。これにより、マイクロホン配置のサイズを、関心のある波長に合わせて拡大縮小することが可能になる。原点までの最小距離（最小の素子間距離）を備えた共同アレイ点は、アンダーサンプリングが始まる前、即ち、いわゆる空間エイリアシングよりも低い、空間的に明確に分解可能な最高周波数を示す。原点までの最大距離を備えた共同アレイ点は、低い周波数でのビームフォーマーの性能をそれ相応に決定する。その結果、マイクロホン配置の最小素子間間隔は、関心のある最小波長または最高周波数に合わせて拡大縮小でき、一方、全てのより大きい素子間間隔またはより大きい波長については、全ての波長の可能な限り最も近いカバレージが維持される。例えば、第１または第２の実施形態のマイクロホン配置を直径３５ｃｍ（Ｌ＝５ｃｍ）に拡大縮小すると、約６．９ｋＨｚの最高周波数（空間エイリアシング未満）が得られる。

本発明の１つの利点は、マイクロホンカプセルがアレイの領域全体に渡って均等に分布するのではなく、むしろグループを形成することである。これにより、カプセルと接触するために、表面の比較的大きな部分を回路基板またはプリント回路基板で覆う必要がないという結果になる。特に、回路基板または回路基板のグループを配置全体のサイズに設ける必要はない。これによりアレイの製造コストをさらに削減し、これは、マイクロホンカプセルの少ない数および重量に起因して比較的低くなる。さらに、マイクロホンカプセルは、３つの合同なブランチに渡って分布しているため、各ブランチについて同じ回路基板が使用できる。

図４は、第１実施形態に係るマイクロホンカプセルの配置のための３つの同一の回路基板Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の例示的な配置を示す。回路基板Ｐ１～Ｐ３は、それぞれブランチの５個のマイクロホンカプセルを含み、キャリア上に１２０°回転して配置される。１つ以上のプロセッサ、ＡＤコンバータなどを備えた処理ユニットなど、追加のコンポーネントもこれらの回路基板上に配置できる。しかしながら、特に、これらの追加のコンポーネントの少なくとも一部を、中央に位置し、カプセルを担持する回路基板Ｐ１～Ｐ３に接続された追加の回路基板（不図示）上に収容することも可能である。このため、この配置の他の利点は、中央にマイクロホンカプセルがないため、中央の回路基板に充分なスペースがあることである。その結果、この領域では、回路基板の積み重ね（アレイをより厚くし、製造がより複雑になり、より高価になる）が必要でない。さらに、基本的に対称な構造により、アレイ全体の重心が中央にあるため、組み立てが容易になる。さらに、３つの基板Ｐ１～Ｐ３の各々を、例えば、２つのサブ基板Ｐ１_１，Ｐ１_２，Ｐ２_１，Ｐ２_２，Ｐ３_１，Ｐ３_２に置換することも可能であり、合計基板面積を削減できる。これは、アレイおよび（サブ）基板の合計面積が、コンポーネントに必要な面積と比べて大きい場合に有利である。ここでもまた、少なくとも３つのサブ基板、例えば、Ｐ１_１，Ｐ２_１，Ｐ３_１が同一である。追加のコンポーネントのスペース要求に応じて、回路基板（または少なくともカプセル担持の回路基板）の全てが、アレイの合計面積の半分未満になることが可能である。

図５は、本発明の第３実施形態における２１個のマイクロホンカプセルの配置を示す。本実施形態でも、上述した第１および第２の実施形態と同様なことが当てはまる。特に、類似の利点を有する。ただし、マイクロホンカプセルの数が多いため、録音の品質はさらに良くなる可能性がある。上述したように定義された基準点Ｒから開始し、図５に示す座標系を用いて、マイクロホンカプセルは、下記の位置に設けられる（ここでも、軸上での鏡像化および／または回転することによって等価の変形例が生成できる）。

（表３）

マイクロホンカプセルは、例えば、ブランチごとに２つの回路基板上に、極めてコンパクトに分布できる。第１ブランチの５個のカプセルＫ_{２１，１１}～Ｋ_{２１，１５}を備えた回路基板Ｐ_２１，１のうちの１つのオプションを図５に示す。他の２個のカプセルＫ_{２１，１６}，Ｋ_{２１，１７}は、互いに近接しているため、第２回路基板（不図示）上に極めてコンパクトに搭載できる。必要な追加の電子コンポーネント（プロセッサ、ＡＤコンバータなど）は、２つの基板のうちの１つの上に、および／または、アレイの中央にある追加の中央基板（不図示）上に収容してもよい。この場合も、他の２つのブランチは合同で、それぞれ１２０°回転しており、第１ブランチと同じタイプの基板（即ち、同じレイアウトを有する基板）を使用できる。オプションの中央基板も共に使用できる。また、この実施形態では、少なくともカプセル担持の回路基板が合計で、アレイの合計面積の半分未満になることが可能である（他のコンポーネントが必要とするスペースに応じて）。

図５では相対スケールだけを示していることに留意すべきである。これは、本発明に係るアレイ（全ての実施形態において）が、破壊的で計算が困難な非線形効果を発生させることなく、サイズが拡大縮小可能であるという事実から得られる。図５に示す実施形態では、最も外側のカプセルの半径ｒ_ｍａｘは、約Ｌ×６．１１（Ｌは等角三角形の辺長）であり、最大素子間間隔は約ｄ_ｍａｘ＝Ｌ×１１．７９である。例えば、Ｌ＝５ｃｍのスケールでアレイの円形形状の場合、約６１．１ｃｍの直径Ｄが得られ（ｄ_ｍａｘ＝５８．９５ｃｍ）、Ｌ＝４ｃｍのスケールでは、約４８．９ｃｍの直径Ｄが得られ（ｄ_ｍａｘ＝４７．１６ｃｍ）、Ｌ＝３．５ｃｍのスケールでは、約４２．８ｃｍの直径Ｄが得られる（ｄ_ｍａｘ＝４１．２７ｃｍ）。逆に、アレイの直径または最大素子間間隔は、事前に定義できる。例えば、約５５ｃｍのアレイの直径を得るためには、スケールＬ＝４．５ｃｍが選択されることになり、約Ｌ＝３．３９ｃｍでは、例えば、ｄ_ｍａｘ＝４０ｃｍの最大素子間間隔が得られる。異なるサイズのアレイは、周波数挙動において基本的に相違しないが、周波数範囲だけがわずかにシフトする。周知のとおり、最大素子間間隔は、低い周波数での音源の定位性および指向性の発生にとって重要であり、一方、最小素子間距離（即ち、スケールＬ）は、高い周波数での定位性および指向性の発生にとって重要である。全体として、実施形態に応じて、音声周波数では、Ｌ＝３～６ｃｍのスケールが有用になり、特にＬ＝４～５ｃｍの範囲において有用になる。

拡張性(scalability)に関する対応関係は、別の実施形態にも適用される。例えば、ｒ_ｍａｘ＝Ｌ×３．５１２、Ｄ＝Ｌ×７．０２４、およびｄ_ｍａｘ＝Ｌ×６，５５７（四捨五入）が第１および第２の実施形態に適用される。

図６は、第４実施形態における６個のマイクロホンカプセルの配置を示す。この変形例は、例えば、会議テーブル上に設置できる極めて小型のマイクロホンアレイに特に適しており、一方、上述した実施形態は、天井や壁に取り付けるのによく適している。この変形例では、マイクロホンカプセルの数が少ないため、音源の指向性および定位性の品質は上述した変形例ほど良くないが、６個のカプセルだけを備えた他の同等の配置よりは優れている。上述したように定義された基準点Ｒから開始し、図６に示した座標系を用いて、マイクロホンカプセルは、下記の位置にある（ここでも、軸上での鏡像化および／または回転によって、等価の変形例が発生できる）。

（表４）

この場合、マイクロホンカプセルは、ブランチごとに１つの回路基板に分布することが可能であり、あるいは、全体のサイズが小さいため、これら全てを単一の回路基板Ｐ_６に搭載できる。得られる値（四捨五入）は、ｒ_ｍａｘ＝Ｌ×１．５２７、Ｄ＝Ｌ×３．０５４、およびｄ_ｍａｘ＝Ｌ×２．６４６である。

図７は、例えば、第１または第２の実施形態に対応し得るマイクロホンアレイの例示的なブロック図を示す。別の実施形態は、ブランチごとに異なる数のマイクロホンカプセルを有し、および／または、回路基板をサブ基板にさらに細分化する。３つの回路基板Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ同一の構造であり、図１と図４に示すように、互いに１２０°回転して、キャリアＴ上に配置される。これらの回路基板の各々は、同じ数のマイクロホンカプセルＫ_{１５，１１}～Ｋ_{１５，１５}を含み、これらの信号は、同じ回路基板上に設置された個々のアナログ／デジタルコンバータＡＤ_１～ＡＤ_５に供給される。これにより、ＡＤコンバータへの敏感なアナログマイクロホン信号の接続が極めて短くなる。必要に応じて、個別のデジタル処理ブロックＤＰ_１～ＤＰ_５および／または共通処理ブロックＳＰ_１、例えば、プロセッサが、回路基板上に存在できる。これらは、例えば、デジタル化されたマイクロホン信号をフィルタ処理することができる。回路基板のデジタル出力信号Ｓ_１～Ｓ_３は、中央回路基板ＣＰに提供され、そこで処理ユニットがアレイのオーディオ処理ＡＰ、特にビームフォーミングを実行する。さらに、アレイのオーディオ処理ＡＰは、（主）音源の音響検索をリアルタイムで実行でき、得られたアレイのビームを（主）音源の方向に位置合わせできる。この目的のために、必要に応じて、信号ＳＤ_１～ＳＤ_３を回路基板Ｐ１～Ｐ３に報告することができる。得られたアレイのデジタル出力信号Ｓ_{Ａ，ｏｕｔ}が出力される。必要に応じて、アナログ出力信号も出力できる。

ブランチの全てのマイクロホンカプセルは、回路基板または回路基板グループに共に取り付けられ、キャリアＴ上の回路基板の位置決めもほとんど偏差なく行うことができるため、カプセルの互いの相対位置は極めて正確である。キャリアは、例えば、金属、プラスチックなどで製作された１つ以上の固体または音響反射プレートを備えることができる。一実施形態では、キャリアは、孔を備えた金属またはプラスチックのプレートであり、その孔を通って音は、マイクロホンカプセル（設置された場合、天井マイクロホンの下側から）に到達できる。この場合、プレートは音響反射性であるため、マイクロホンカプセルの音圧は、最大６ｄＢ増加し、アレイは、バウンダリーマイクロホンとして作動する。一方、本発明に係るマイクロホンカプセルの配置は、予め定めた位置からの小さな偏差を、例えば、最大０．５ｍｍまでを許容するため、これにより組み立てが容易になり、従ってより安価になる。従来、一定の音響品質を達成するためには、より高い精度が必要である。マイクロホンカプセルはまた、３つの類似の（サブ）基板ＰＣＢ_１，１～ＰＣＢ_３，２のうちの少なくとも２つのグループにそれぞれ搭載でき、各グループの１つの基板が各ブランチに属する。各（サブ）基板は、少なくとも２つのマイクロホンカプセルを含むことができる。３つの回転した基板または基板グループの間のアレイの中央領域が、基板を含まないか、またはマイクロホンカプセル無しの基板を含むことができる。代替として、追加のマイクロホンカプセルを中央に設置でき、カプセルの合計数を増加できる。別の位置は不変のままである。こうして変更された第１および第２の実施形態は、１６個のマイクロホンカプセルを有し、変更された第３実施形態は、２２個のカプセルを有し、変更された第４実施形態は、７個のカプセルを有する。こうした中央カプセルは、最も高い音圧（動圧）の位置で音響信号を取得するため、アレイ全体の指向性およびＳＮＲを改善するという利点がある。しかしながら、こうした追加の中央カプセルは、Ｌ２格子の点に設置されないため、孔を備えた非対称な共同アレイをもたらし、そのためアレイは、不均一の指向性になり、サイズを容易に拡張できなくなる。

エレクトレットカプセルは、マイクロホンカプセルとして特に適している。この場合、各マイクロホン信号は、例えば、個々のデジタル処理ブロックＤＰ_１～ＤＰ_５でのフィルタ処理を用いて、個別に補正または正規化できる。対応するフィルタパラメータは、個々のマイクロホンカプセルの特性、例えば、位相応答および周波数応答に依存する。従って、特に、フィルタパラメータを決定できる対応する補正データを備えた内部メモリ素子を有するこうしたエレクトレットカプセルは、よく適している。さらに、フィルタパラメータは、音源の検査または検出された方向（即ち、音源の定位またはビームフォーミング）によって影響を受けることがある。音源の定位およびメイン音源からの実際の音響録音は、２つの別個のプロセスにできる。実際の音響録音のために全てのカプセルを使用しながら、処理の労力を低く抑えるために、定位のためにマイクロホンカプセルの一部のみを使用することが可能である。

本発明に係るマイクロホンアレイの利点は、良好な指向性および高いＳＮＲ、即ち、良好なノイズ抑制である。利用できるマイクロホン信号が少ないほど、ノイズ抑制はより困難になる。しかしながら、この関係は非線形であり、とりわけマイクロホンカプセルの位置に依存するため、予測が困難である。特に、１５個または２１個のマイクロホンカプセルを有する本発明に係るマイクロホンアレイは、全ての関連する周波数成分および音の入射方向に渡って良好で均一な指向性を示し、あるいは、マイクロホンカプセルの数が少ない場合には極めて良好なノイズ抑制を示すため、特に天井取り付けのマイクロホンによく適している。

Claims (11)

1. １５個または２１個のマイクロホンカプセル（Ｋ_{１５，１１}～Ｋ_{１５，３５}，Ｋ_{２１，１１}～Ｋ_{２１，３７}）と、
   マイクロホンカプセルからマイクロホン信号を受信するようにマイクロホンカプセルに接続され、マイクロホン信号を一緒に信号処理するのに適した回路構成（ＡＤ_１～ＡＤ_５，ＡＰ）と、を備え、
   マイクロホンカプセルは、キャリア（Ｔ，Ｔ’）上の平面に配置され、
   マイクロホンカプセルは、キャリア上で、それぞれが同じ数のマイクロホンカプセルを有する３つの同じタイプのブランチ上に位置決めされ、
   ブランチは、共通の中心の周りに互いに１２０°回転しており、
   ３つの軸（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２）が互いに６０°回転しており、正三角形のＬ２グリッドを形成する平面等角座標系において、マイクロホンカプセルの各々は、Ｌ２グリッドの三角形の隅に位置していることを特徴とする、マイクロホンアレイ。
2. Ｌ２グリッドの各三角形の辺長は、２つのマイクロホンカプセルの間の最小距離に対応する、請求項１に記載のマイクロホンアレイ。
3. アレイの幾何学的中心点は、中心三角形（Ｄ_Ｍ）である三角形の１つの中央点に設けられ、
   等角座標系内の位置は、三角形の辺長の倍数として、Ｌ０軸に対して平行である辺の反対側にある中心三角形（Ｄ_Ｍ）の隅にある基準点（Ｒ）に対してフォーマット（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２）で特定される、請求項１または２に記載のマイクロホンアレイ。
4. マイクロホンアレイは、１５個のマイクロホンカプセル（Ｋ_{１５，１１}～Ｋ_{１５，３５}）を含み、これらは、基準点（Ｒ）から開始して、下記の位置または鏡像配置の対応する位置に配置される、請求項３に記載のマイクロホンアレイ。
   Ｋ_{１５，１１}＝（０，４，０），Ｋ_{１５，１２}＝（１，３，０），Ｋ_{１５，１３}＝（２，２，０），Ｋ_{１５，１４}＝（０，２，２），Ｋ_{１５，１５}＝（０，２，１），
   Ｋ_{１５，２１}＝（０，０，－３），Ｋ_{１５，２２}＝（０，－１，－２），Ｋ_{１５，２３}＝（０，－２，－１），Ｋ_{１５，２４}＝（２，０，－１），Ｋ_{１５，２５}＝（１，０，－１），
   Ｋ_{１５，３１}＝（－３，０，１），Ｋ_{１５，３２}＝（－２，０，２），Ｋ_{１５，３３}＝（－１，０，３），Ｋ_{１５，３４}＝（－２，－１，０），Ｋ_{１５，３５}＝（－２，０，０）
5. マイクロホンアレイは、２１個のマイクロホンカプセル（Ｋ_{２１，１１}～Ｋ_{２１，３７}）を含み、これらは、基準点（Ｒ）から開始して、下記の位置または鏡像配置の対応する位置に配置される、請求項３に記載のマイクロホンアレイ。
   Ｋ_{２１，１１}＝（０，５，２），Ｋ_{２１，１２}＝（０，４，３），Ｋ_{２１，１３}＝（０，６，０），Ｋ_{２１，１４}＝（０，０，６），Ｋ_{２１，１５}＝（－１，０，６），Ｋ_{２１，１６}＝（０，１，３），Ｋ_{２１，１７}＝（－１，０，２），
   Ｋ_{２１，２１}＝（－５，－１，０），Ｋ_{２１，２２}＝（－４，－２，０），Ｋ_{２１，２３}＝（－５，０，１），Ｋ_{２１，２４}＝（０，－５，０），Ｋ_{２１，２５}＝（０，－５，－１），Ｋ_{２１，２６}＝（－１，－２，０），Ｋ_{２１，２７}＝（１，－２，０），
   Ｋ_{２１，３１}＝（２，０，－４），Ｋ_{２１，３２}＝（３，０，－３），Ｋ_{２１，３３}＝（０，０，－５），Ｋ_{２１，３４}＝（５，１，０），Ｋ_{２１，３５}＝（５，２，０），Ｋ_{２１，３６}＝（３，０，０），Ｋ_{２１，３７}＝（１，２，０）
6. マイクロホンカプセルは、互いに１２０°回転した、３つの類似した回路基板（ＰＣＢ_１～ＰＣＢ_３）または回路基板グループに搭載されている、請求項１～５のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。
7. マイクロホンカプセルは、３つの類似した回路基板（ＰＣＢ_１，１～ＰＣＢ_３，２）の少なくとも２つのグループにそれぞれ搭載され、
   各回路基板は、少なくとも２つのマイクロホンカプセルを含み、
   各グループから１つの回路基板が、各ブランチに属する、請求項６に記載のマイクロホンアレイ。
8. ３つの回転した回路基板（ＰＣＢ_１～ＰＣＢ_３）または回路基板グループの間にあるアレイの中央領域は、回路基板を含まないか、またはマイクロホンカプセル無しの回路基板を含む、請求項６または７に記載のマイクロホンアレイ。
9. 信号処理は、ビームフォーミングを実行する、請求項１～８のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。
10. マイクロホンアレイは、部屋の天井に搭載されるように構成され、
    キャリアは、音響反射面を備えた金属プレートであり、
    マイクロホンカプセルの各々は、金属プレートの孔の近くに取り付けられ、この孔を通して音を受信する、請求項１～９のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。
11. Ｌ２グリッドの三角形の辺長は、３～６ｃｍの範囲内、特に４～５ｃｍの範囲内である、請求項１～１０のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。

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