JP2518823B2 - 広帯域指向性収音装置 - Google Patents

広帯域指向性収音装置

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JP2518823B2 JP61193978A JP19397886A JP2518823B2 JP 2518823 B2 JP2518823 B2 JP 2518823B2 JP 61193978 A JP61193978 A JP 61193978A JP 19397886 A JP19397886 A JP 19397886A JP 2518823 B2 JP2518823 B2 JP 2518823B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は可聴域の音響波を到来方向別に収音する広帯
域指向性収音装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、直線状に配列されたアレイ・マイクロホンを音
響計測に利用した例はあるが、全方向からの到来音を正
しく収音するためにマルチビームの考え方を基に、広帯
域の音響波の収音を行えるようにした例はない。
[発明が解決しようとする問題点] 大空間の音場を小空間で再現する場合、従来は各音源
近傍に設置した指向性マイクロホンや、音場の雰囲気を
収音するためのマイクロホンの出力をミキシングし、最
終的に2チャンネルにして収音・再生していた。
これは、主に直接音による音像定位に重点を置いた収
音・再生法であるが、実際の大空間の音場では、音波は
四方から入射しており、小空間で忠実に再現するために
はそれらの入射方向に対応して正しく収音する方法がと
られなければならない。
本発明の目的は音響波を到来方向別に収音することが
できる広帯域指向性収音装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明は、広帯域の音響波
を中心波長がλ(k=1,2,…,n)のn個の狭帯域成分
に分割して収音する収音装置において、前記各kの値に
対して、中心点からの距離がそれぞれほぼλおよびλ
k/2の2個の同心の半円であり、かつ当該半円の周上の
中央店と前記中心点とを結ぶ直線の方位が特定方位に一
致する前記2個の同心の半円の周上の等角度間隔点およ
び前記中心点にそれぞれ配置された無指向性の複数個の
マイクロホンからなるマイクロホン群Mkと、前記特定方
位から入射する波長λの音響波に対し、前記マイクロ
ホン群Mkの各出力を同位相にする遅延手段を介して前記
マイクロホン群Mkの各出力を合成する合成手段Gkと、該
合成手段Gkの出力から中心波長がλの前記狭帯域成分
をろ波するろ波手段Rkとを具え、n個のろ波手段R1,R2,
・・・Rnの各出力を合成する合成手段を具えたことを特
徴とする。
さらに本発明は、前記特定方位とは別の少なくとも1
つの方位に対して、前記マイクロホン群Mk、前記遅延手
段、前記合成手段Gk、前記ろ波手段Rkおよび前記合成手
段をさらに有することを特徴とする。
[作用] 本発明によれば、音響波が到来方位別に広帯域に収音
される。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明による一実施例のマルチビーム・アレ
イ・マイクロホン(MAM)の配列図である。本実施例で
はマイクロホンの配列を円周状とし、円周上のマイクロ
ホン数Nは4本以上で本発明の考え方を適用できるが、
一応以後の解析はNを12として行う。
第1図において、Mcは中心Cに配置したマイクロホ
ン、1〜7はそれぞれ中心Cから半径r1の第1の半円周
上に等間隔に配列された7個のマイクロホン、101〜106
はそれぞれ中心Cから半径r2の第2の半円周上に等間隔
に配列された6個のマイクロホンである。
第1および第2の他の半円周上にも中心Cに対して対
称角の位置に8〜12の5個および107〜112の6個のマイ
クロホンがそれぞれ配列され、第1の円周上と、第2の
円周上にそれぞれ合計12個づつのマイクロホンが配列さ
れる。
上述した配列の関係と同様の配列で、中心Cから半径
r3およびr4の第3および第4の円周上にそれぞれ201〜2
12および301〜312の12個つづのマイクロホンが図に示し
た位置に配列される。
ここで、本実施例では、たとえば、可聴周波数帯域を
4帯域に分割し、周波数帯域700Hz以下を第1および第
2の円,周波数帯域700Hz〜1.4KHzを第2および第3の
円,周波数帯域1.4〜2.8KHzを第3および第4の円,周
波数帯域2.8KHz以上を第4の円というようにそれぞれの
周波数帯域によってマイクロホンが配置されている円を
変えて、所要の各マイクロホンの出力を合成するように
する。
第2図は本発明の一実施例によるマルチビーム・アレ
イ・マイクロホンの指向性合成の説明図である。
第1図で示したと同様に水平面内にcを中心にして半
径r1の半円周上に等間隔に1〜7のマイクロホンがそれ
ぞれ配置され、半径r2の半円周上に等間隔に101〜106の
マイクロホンがそれぞれ配置される。中心Cにはマイク
ロホンMcが配置される。
平面波が、仰角θ(天頂方向をθ=0とする),方位
角φ(マイクロホン4の方向をφ=0とする)の方向か
ら入射した場合を以下に解析する。
本実施例では、2個の同心円について、外側の半径を
r1,内側の半径をr2とし、着目している入射音の周波数
における波長をλとすれば、1−C−7を結ぶ直線の方
位で、すなわちφ=0の方位からの入射音に対して位相
がそろうように各マイクロホン出力を遅延させた後の各
マイクロホンの位相は、次式で表わされる。
これらと、中心Cに置いたマイクロホンMcの出力を合
成すると、各マイクロホンが無指向性のとき最終的なア
レイ出力の振幅AF(θ,φ)は次のように表わされる。
この式を使って、r1=λ/4〜2λ,r2=r1/2に対して
求めたφ=0゜方位への指向特性を図示すると、第3図
(A)〜(D)となる。
φ=0、すなわち、マイクロホン4からの方位の入射
音に対してマイクロホン1〜7,マイクロホン101〜106お
よびマイクロホンMcの各出力を同位相にするような遅延
線を前記各マイクロホンの出力回路にそれぞれ挿入し
て、前記各マイクロホン出力を合成するようにする。こ
のようにして得られるマイクロホン4の方位への指向特
性が第3図(A)〜(D)のようになる。
これらの第3図(A)〜(D)からr1=λの時、半値
幅θ≒30゜となっていることがわかり、可聴周波数帯域
を分割し、周波数帯域に応じてr1,r2を適切に選定する
際の目安が得られる。
本実施例をマイクロホン装置として、物理的に実現さ
せる観点から、最大の円の半径は500Hzの半波長にあた
る68cmを採用し、34cm,17cm,8.5cmと順次半径を1/2づつ
にして、小さくしていく構成を基本とする。
これにより、周波数による指向性パターンの変動の少
ない、広帯域マルチビーム・アレイ・マイクロホン装置
を実現させることができる。
第4図は本発明の一実施例における合成回路構成を示
すブロック図である。
図において、1〜7,101〜106,201〜207,301〜306およ
びMcはそれぞれマイクロホンであり、第1,第2,第3,第4
の円周上および中心点に配置される。A1,A2,A3およびA4
はそれぞれ加算器であり、第1の円周上に配置された1
〜7のマイクロホン,第2の円周上に配置された101〜1
06のマイクロホン,第3の円周上に配置された201〜207
のマイクロホンおよび第4の円周上に配置された301〜3
06のマイクロホンの出力をそれぞれタップ付遅延線によ
り、前記のように位相を合わせて加算する。
Z′は中心点に配置されたマイクロホンMcの出力であ
る。
ALは加算器であり、加算器A1とA2とZ′の出力を加算
する。同様にAM1,AM2,AHは加算器であり、それぞれ加算
器A2とA3の出力とZ′,A3とA4の出力とZ′,A4の出力と
Z′とを加算する。
21および27は低域通過ろ波器(LPF)、22および23は
帯域通過ろ波器(BPF)、24は高域通過ろ波器(HPF)で
ある。
25は加算器、26はD/A変換器(DAC)、1CH〜12CHは等
間隔に分割された12の方位指向特性を持つ出力がそれぞ
れ得られるチャンネル(CH)である。
第4図において、4つの帯域、すなわち低周波数帯域
Lと、中間周波数帯域M1およびM2と高周波数帯域Hとに
分ける。
帯域Lに対しては、マイクロホン1〜7の7個の出力
を加算した加算器A1およびマイクロホン101〜106の6個
の出力を加算した加算器A2の出力と、中心点cのマイク
ロホンMcの出力Z′との合計14個のマイクロホンの出力
を加算器ALで加算し、LPF21を通して出力を得る。
同様に帯域M1に対しては加算器A2およびA3の出力と
Z′との合計14個のマイクロホンの出力を加算器AM1
加算し、BPF22を通して出力を得る。
帯域M2に対しては、加算器A3およびA4の出力とZ′と
の合計14個のマイクロホンの出力を加算AM2で加算し、B
PF23を通して出力を得る。
帯域Hに対しては、加算器A4の出力とZ′との合計7
個のマイクロホンの出力を加算器AHで加算し、HPF24を
通して出力を得る。
各帯域L,M1,M2およびHの出力を加算器25で加算し、
加算された出力をDAC26でアナログ信号に変換し、LPF27
で全可聴周波数帯域(15KHz以下)にろ波され、1つの
方位すなわちマイクロホン4の方位指向特性を持つチャ
ンネル(図の1CH)がつくり出される。
他の方位の場合も同様である。たとえば、マイクロホ
ン5の方位に指向特性を持つチャンネル(図の2CH)の
場合には、マイクロホン5の方位からの入射音に対し
て、マイクロホン2〜8,102〜107,202〜208,302〜307お
よびMcの各出力を同位相にするような遅延線を該各マイ
クロホンの出力回路にそれぞれ挿入して各マイクロホン
出力を合成すればよい。
本実施例においては、一つの円周上に等間隔に12個の
マイクロホンが配置され、12の方位にそれぞれ指向特性
を持つように上述した合成回路を構成して12のチャンネ
ル(1CH〜12CH)をつくることができる。
第5図は本発明に関連するマルチビーム・アレイ・マ
イクロホンの配列の一例を示す図である。
本例ではマイクロホンは方形配列となっており、第1
図の円形配列と対比して、同様の方位に配置されたマイ
クロホンの番号は同一番号にダッシを付して表わしてあ
る。
中心C′には同様にマイクロホンMc′が配置される。
第1の周辺は、その辺の長さがl=1.36mで、これは5
00Hzの波長(λ)に相当し、第2の周辺はl/2、第3の
周辺はl/4、第4の周辺はl/8となり、それぞれ辺の長さ
が1/2づつに小さくなるようにしてある。
合成回路の構成は上述した円形配列の実施例と同様に
行うことができる。
たとえば、1′−c′−7′の直線で分割された半面
上に配置されるマイクロホンを中心C′のマイクロホン
Mc′と共に同位相にして合成するように構成する。
第6図は本発明による収音・再生に関する円形配置の
合成の一例の説明図である。
収音は矢印で示す方向に指向性のメインビームを持つ
ようにし、再生はチャンネル数と同数の電気音響変換器
(スピーカー)を円形配置して矢印の方向に拡声させ
る。
収音された信号を、たとえば、多チャネル録音してお
き、多チャネル再生とすることもできる。第7図は第5
図に示した方形配置の場合の収音・再生に関する説明図
であって、その態様は第6図の場合と同様であるので、
特に説明は省略する。
第8図は本発明による収音・再生に関するチャンネル
数の一例の説明図である。
図において、1CH〜12CHは各方位を収音するチャンネ
ル番号、A〜Dはスピーカーである。
上述の実施例ではチャンネル数を最大12としている
が、一部のチャンネルを混合して、数を減らすことによ
り、少ないチャンネル数に対応させることもできる。
すなわち、1CH〜12CHの方向に対応した信号を12トラ
ック以上を持つテープレコーダに録音し、たとえば12CH
と1CHと2CHとの3つの出力をAのスピーカから、3CHと4
CHと5CHとの3つの出力をBのスピーカーからといよう
に合成することにより、4つのチャンネルに減らして再
生音場を実現することができる。
また、本実施例による上述した収音・再生の配置によ
り、大型のスピーカーを使用して、劇場やショールーム
等で、大空間音場を再現させることができる。
[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明収音装置によれば、
周波数が低くなる程、耳の指向性が鈍くなることが分か
っているので、少なくとも1つの特定方位から入射する
音響波に対して、角度分解能のよい広帯域の収音をする
こと、すなわち、音響波を到来方位別に広帯域に収音す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例のマルチビーム・アレイ
・マイクロホン(MAM)の配列図、 第2図は本発明の一実施例によるMAMの指向性合成の説
明図、 第3図(A)〜(D)は本発明の一実施例におけるマイ
クロホンの合成指向特性図、 第4図は本発明の一実施例における合成回路構成を示す
ブロック図、 第5図は本発明に関連するMAMの配列図、 第6図は本発明による収音・再生に関する円形配置の場
合の一例の説明図、 第7図は第5図に示した方形配置の場合のの収音・再生
に関する説明図、 第8図は本発明による収音再生に関するチャネル数の一
例の説明図である。 1〜12,101〜102,201〜212,301〜312,Mc……マイクロホ
ン、 r1〜r4……半径、 φ……方位角、 θ……仰角、 λ……500Hzの音の波長、 A1〜A4,AL,AM,AM2,AH,25……加算器、 Z′……マイクロホンMcの出力、 21,27……低域通過ろ波器(LPF)、 22,23……帯域通過ろ波器(BPF)、 24……高域通過ろ波器(HPF)、 26……D/A変換器(DAC)、 1CH〜12CH……各方位を表わすチャネル番号、 l……最大正方形の周辺の長さ(m)、 A,B,C,D……スピーカー。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】広帯域の音響波を中心波長がλ(k=1,
    2,…,n)のn個の狭帯域成分に分割して収音する収音装
    置において、 前記各kの値に対して、中心点からの距離がそれぞれほ
    ぼλおよびλk/2の2個の同心の半円であり、かつ当
    該半円の周上の中央店と前記中心点とを結ぶ直線の方位
    が特定方位に一致する前記2個の同心の半円の周上の等
    角度間隔点および前記中心点にそれぞれ配置された無指
    向性の複数個のマイクロホンからなるマイクロホン群Mk
    と、前記特定方位から入射する波長λの音響波に対
    し、前記マイクロホン群Mkの各出力を同位相にする遅延
    手段を介して前記マイクロホン群Mkの各出力を合成する
    合成手段Gkと、該合成手段Gkの出力から中心波長がλ
    の前記狭帯域成分をろ波するろ波手段Rkとを具え、n個
    のろ波手段R1,R2,・・・Rnの各出力を合成する合成手段
    を具えたことを特徴とする広帯域指向性収音装置。
  2. 【請求項2】前記特定方位とは別の少なくとも1つの方
    位に対して、前記マイクロホン群Mk、前記遅延手段、前
    記合成手段Gk、前記ろ波手段Rkおよび前記合成手段をさ
    らに有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の広帯域指向性収音装置。
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