JP5564354B2 - Microphone array - Google Patents
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本発明は、複数個の単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを有するマイクロホンアレイに関し、さらに詳しく言えば、各コンデンサマイクロホンユニットの出力を加算することにより指向性を狭指向性としたマイクロホンアレイに関するものである。 The present invention relates to a microphone array having a plurality of unidirectional condenser microphone units, and more particularly to a microphone array having a narrow directivity by adding the outputs of each condenser microphone unit. .
特許文献1には、指向周波数応答が高域まで優れていて、しかも良好なS/N比を得るため、小口径(口径が20mm以下)である複数個の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット(以下、単に「マイクロホンユニット」と言うことがある)を、それらの主軸を互いに平行とし、かつ、各振動板を同一平面上に存在するように配置し、各マイクロホンユニットを一つのインピーダンス変換器に接続することが提案されている。
このように、複数個のマイクロホンユニットを同一平面上に並べたマイクロホンアレイにおいて、各マイクロホンユニットから出力される音声信号を加算することにより、その指向性を狭指向性とすることができる。その一例を図5により説明する。 Thus, in a microphone array in which a plurality of microphone units are arranged on the same plane, the directivity can be made narrow by adding the audio signals output from the respective microphone units. One example will be described with reference to FIG.
この例において、マイクロホンアレイは、5個のマイクロホンユニット10a〜10eを備える。各マイクロホンユニット10a〜10eは、ともに単一指向性で同一構成であるため、それらを区別する必要がない場合には、総称としてマイクロホンユニット10とする。
In this example, the microphone array includes five
各マイクロホンユニット10は、マイクロホンカプセル11と、インピーダンス変換器としてのFET(電界効果トランジスタ)素子12とを有する。なお、マイクロホンカプセル11とFET素子12は、図示しない黄銅合金もしくはアルミニウム等からなる金属製のユニットケース内に組み込まれている。
Each
詳細な図示は省略するが、マイクロホンカプセル11には、スペーサリングを介して対向的に配置された振動板11aと固定極11bとが含まれている。
Although not shown in detail, the
各マイクロホンユニット10は、それらの主軸(振動板11aの中心軸で、指向軸,収音軸とも呼ばれる)を互いに平行とし、かつ、各振動板11aが同一平面上に存在するように配置される。
The
通常、FET素子12には、そのゲート極Gとソース極Sとの間に、電流が流れる順方向を逆として並列に接続された2つのダイオードD1,D2と、このダイオード群に対して並列に接続された高抵抗素子R1とを含むバイアス内蔵型のFETが用いられる。
Usually, the
各マイクロホンユニット10において、マイクロホンカプセル11の振動板11aは接地され、固定極11bはFET素子12のゲート極Gに接続される。また、FET素子12のドレイン極Dは駆動電源+Vに接続され、ソース極Sは接地される。なお、接地にはマイクロホンカプセル11の図示しない金属材からなるカプセルケースもしくは上記ユニットケースが用いられる。
In each
振動板11aが音源から到来する音波によって振動すると、固定極11bとの間の静電容量が変化し、その変化分に応じた音声信号がFET素子12のソース極Sから出力される。
When the
このマイクロホンアレイでは、狭指向性を得るため、各FET素子12のソース極Sを直流阻止用のコンデンサCを介して加算器13に接続している。この種の信号用加算器13には、通常、反転増幅器が用いられる。
In this microphone array, the source pole S of each
上記のように、ともに単一指向性で同一構成である複数個のマイクロホンユニットを同一平面上に並べたマイクロホンアレイにおいて、各マイクロホンユニットから出力される音声信号を加算することにより、その指向性を狭指向性とすることができるが、上記従来例では、その加算を反転増幅器からなる加算器で行うようにしているため、その分、部品コストが高くなり、また、回路構成も複雑になる。 As described above, in a microphone array in which a plurality of microphone units having the same configuration with a single directivity are arranged on the same plane, the directivity is increased by adding the audio signals output from the microphone units. Although the directivity can be made narrower, in the above-described conventional example, the addition is performed by an adder composed of an inverting amplifier. Therefore, the component cost is increased correspondingly, and the circuit configuration is also complicated.
したがって、本発明の課題は、加算器を用いることなく、簡単な回路構成で各マイクロホンユニットから出力される音声信号を加算して狭指向性としたマイクロホンアレイを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a microphone array having a narrow directivity by adding audio signals output from each microphone unit with a simple circuit configuration without using an adder.
上記課題を解決するため、本発明は、振動板と固定極とを所定の間隔で対向的に配置してなるマイクロホンカプセルと、上記振動板と固定極との間の静電容量を音声信号として出力するインピーダンス変換器としてのFET素子とを含む単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットを少なくとも3個備え、上記各コンデンサマイクロホンユニットの音声信号を加算して出力するマイクロホンアレイにおいて、
上記各コンデンサマイクロホンユニットが、それらの主軸を互いに平行とし、かつ、上記各振動板が同一平面上に存在する状態で上記主軸と直交する方向に沿って均等間隔で直線的に一列に配置され、上記各FET素子のゲート極に上記固定極がそれぞれ接続され、上記各振動板および上記各FET素子のソース極がそれぞれ接地され、上記各FET素子のドレイン極がそれぞれ所定の駆動電源に接続され、上記コンデンサマイクロホンユニット列の一端側から他端側にかけて、上記FET素子のソース極が隣接する次段の上記コンデンサマイクロホンユニットの振動板側に順次直列に接続され、上記他端側に存在する最終段のコンデンサマイクロホンユニットのソース極から上記各コンデンサマイクロホンユニットの音声信号が加算されて出力されることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a microphone capsule in which a diaphragm and a fixed pole are arranged opposite to each other at a predetermined interval, and a capacitance between the diaphragm and the fixed pole as an audio signal. In a microphone array that includes at least three unidirectional condenser microphone units including an FET element as an impedance converter to output, and outputs the summed audio signals of the condenser microphone units.
The condenser microphone units are arranged in a straight line at equal intervals along a direction orthogonal to the main axis in a state where the main axes are parallel to each other and the diaphragms are on the same plane, The fixed electrode is connected to the gate electrode of each FET element, the source electrode of each diaphragm and each FET element is grounded, and the drain electrode of each FET element is connected to a predetermined drive power source, respectively. From one end side to the other end side of the condenser microphone unit row, the source electrode of the FET element is sequentially connected in series to the diaphragm side of the adjacent condenser microphone unit of the next stage, and the final stage existing on the other end side The audio signal of each condenser microphone unit is added from the source electrode of the condenser microphone unit. It is characterized by being force.
音声信号のみを加算するため、本発明においても、上記FET素子のソース極と、次段の上記コンデンサマイクロホンユニットの振動板とを接続する配線内に直流阻止用のコンデンサがそれぞれ介装される。 In order to add only the audio signal, also in the present invention, a DC blocking capacitor is interposed in the wiring connecting the source electrode of the FET element and the diaphragm of the capacitor microphone unit in the next stage.
本発明によれば、コンデンサマイクロホンユニット列の一端側から他端側にかけて、FET素子のソース極を隣接する次段のコンデンサマイクロホンユニットの振動板側に順次直列に接続し、前段側のマイクロホンユニットのFET出力で後段側のマイクロホンユニットの接地を駆動するようにしたことにより、加算器を必要とすることなく、各マイクロホンユニットから出力される音声信号を加算することができる。また、主軸と直交する90゜方向からの音波には、音速とマイクロホンユニット間の距離による時間差が発生し相互に干渉することから、狭指向性とすることができる。 According to the present invention, from one end side to the other end side of the capacitor microphone unit row, the source electrode of the FET element is sequentially connected in series to the diaphragm side of the adjacent capacitor microphone unit of the next stage, and the microphone unit of the previous stage side is connected. Since the grounding of the microphone unit on the rear stage side is driven by the FET output, the audio signal output from each microphone unit can be added without the need for an adder. In addition, the sound waves from the 90 ° direction orthogonal to the main axis generate a time difference depending on the sound speed and the distance between the microphone units and interfere with each other.
次に、図1ないし図4により、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態の説明において、先の図5で説明した従来例と同一の構成要素には同じ参照符号を付している。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the description of this embodiment, the same components as those in the conventional example described in FIG.
図1を参照して、この実施形態に係るマイクロホンアレイは、先の図5で説明した従来例と同じく、5個のマイクロホンユニット10a〜10eを備える。各マイクロホンユニット10a〜10eは、ともに単一指向性で同一構成であるため、ここでの説明においても、それらを特に区別する必要がない場合には、総称としてマイクロホンユニット10とする。
Referring to FIG. 1, the microphone array according to this embodiment includes five
各マイクロホンユニット10は、マイクロホンカプセル11と、インピーダンス変換器としてのFET(電界効果トランジスタ)素子12とを有する。なお、マイクロホンカプセル11とFET素子12は、図示しない黄銅合金もしくはアルミニウム等からなる金属製のユニットケース内に組み込まれている。
Each
詳細な図示は省略するが、マイクロホンカプセル11には、電気絶縁性のスペーサリングを介して対向的に配置された振動板11aと固定極11bとが含まれている。
Although not shown in detail, the
振動板11aには、片面に金属蒸着膜を有する合成樹脂の薄膜が用いられ、図示しない金属性の支持リング(ダイアフラムリング)に張設されている。金属蒸着膜は支持リングと対面しており、支持リングと電気的に導通している。
The
固定極11bには、アルミニウム等の多孔の金属板が用いられ、図示しない合成樹脂製の絶縁座に支持されている。固定極11bの振動板11aとの対向面に、エレクトレット誘電体膜が設けられてもよい。
A porous metal plate such as aluminum is used for the
この実施形態においても、FET素子12には、ゲート極Gとソース極Sとの間に、電流が流れる順方向を逆として並列に接続された2つのダイオードD1,D2と、このダイオード群に対して並列に接続された高抵抗素子R1とを含むバイアス内蔵型のFETが用いられる。
Also in this embodiment, the
各マイクロホンユニット10において、マイクロホンカプセル11の振動板11aは接地され、固定極11bはFET素子12のゲート極Gに接続される。また、FET素子12のドレイン極Dは駆動電源+Vに接続され、ソース極Sは接地される。なお、接地にはマイクロホンカプセル11の図示しない金属材からなるカプセルケースもしくは上記ユニットケースが用いられる。
In each
振動板11aが音源から到来する音波によって振動すると、固定極11bとの間の静電容量が変化し、その変化分に応じた音声信号がFET素子12のソース極Sから出力されるが、本発明においては、各マイクロホンユニット10から出力される音声信号を加算して狭指向性とするため、次のような配置形態および配線形態が採用される。
When the
図2を参照して、マイクロホンユニット10a〜10eは、それらの主軸xを互いに平行とし、かつ、各振動板11aが同一平面上に存在する状態で、主軸xと直交する方向に沿って所定の間隔(好ましくは一定間隔)をもって図示しない支持基板上に直線的に一列に配置される。
Referring to FIG. 2, the
主軸xは、振動板11aの中心軸で指向軸,収音軸とも呼ばれるが、この実施形態において、マイクロホンアレイ全体としての主軸Xは、中央に配置されているマイクロホンユニット10cの主軸xと一致している。
The main axis x is a central axis of the
なお、図2において、矢印Yは主軸Xと直交する90゜方向を指しており、マイクロホンユニット10a〜10eは、矢印Y方向に沿って一列並びとされており、このマイクロホンユニット列において、その一端側から他端側にかけて配置されている順番で、マイクロホンユニット10a〜10eを第1〜第5マイクロホンユニットとする。
In FIG. 2, an arrow Y indicates a 90 ° direction orthogonal to the main axis X, and the
図1に示すように、各マイクロホンユニット10から出力される音声信号を加算するため、第1マイクロホンユニット10aにおけるFET素子12のソース極Sを直流阻止用のコンデンサCを有する配線14aを介して次段の第2マイクロホンユニット10bの振動板11a側に接続する。
As shown in FIG. 1, in order to add the audio signal output from each
以下同様に、第2マイクロホンユニット10bにおけるFET素子12のソース極Sを直流阻止用のコンデンサCを有する配線14bを介して次段の第3マイクロホンユニット10cの振動板11a側に接続する。
Similarly, the source pole S of the
第3マイクロホンユニット10cにおけるFET素子12のソース極Sを直流阻止用のコンデンサCを有する配線14cを介して次段の第4マイクロホンユニット10dの振動板11a側に接続する。
The source pole S of the
第4マイクロホンユニット10dにおけるFET素子12のソース極Sを直流阻止用のコンデンサCを有する配線14dを介して最終段の第5マイクロホンユニット10eの振動板11a側に接続する。
The source pole S of the
すなわち、前段側のマイクロホンユニット10のFET出力(音声信号)で、後段側のマイクロホンユニット10の接地(振動板11a)を駆動し、最終段の第5マイクロホンユニット10eにおけるFET素子12のソース極Sをマイクロホンアレイの出力端子OUTとする。
That is, the FET output (audio signal) of the
これによると、各マイクロホンユニット10の音声出力を例えば「1」とすれば、第2マイクロホンユニット10bからは「1+1=2」が出力され、第3マイクロホンユニット10cからは「1+1+1=3」が出力され、第4マイクロホンユニット10dからは「1+1+1+1=4」が出力され、最終段の第5マイクロホンユニット10eから各マイクロホンユニットの出力が加算された「1+1+1+1+1=5」の出力が得られることになる。
According to this, if the sound output of each
また、このマイクロホンアレイにおいて、図2の矢印Yで印す90゜方向からの音波には、各マイクロホンユニット10a〜10dで、音速とマイクロホンユニット間の距離による時間差が発生し相互に干渉することから、狭指向性とすることができる。
Further, in this microphone array, the sound waves from the 90 ° direction indicated by the arrow Y in FIG. 2 cause a time difference depending on the speed of sound and the distance between the microphone units and interfere with each other in each
上記実施形態では、最良の形態としてマイクロホンユニットを5個用いているが、3個以上であればよい。また、このマイクロホンアレイは狭指向性で、90゜方向からの隣接する音源(例えば話者)の音をほとんど拾わないため、会議施設等において、個々の話者に割り当てられて使用されるのに好適である。 In the embodiment described above, five microphone units are used as the best mode, but three or more microphone units may be used. In addition, since this microphone array has a narrow directivity and hardly picks up the sound of an adjacent sound source (for example, a speaker) from the direction of 90 °, it is assigned to each speaker in a conference facility. Is preferred.
各マイクロホンユニット10a〜10eに口径14mmの単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを用い、図2に示すように、これら各コンデンサマイクロホンユニットを相互のユニット間距離を70mmとして一例に並べてなるマイクロホンアレイの実測ポーラパターンを図3に示す。
A unidirectional condenser microphone unit having a diameter of 14 mm is used for each of the
また、指向周波数応答の実測グラフを図4に示す。図4のグラフによれば、600Hz付近以上の周波数帯域で、一次音圧傾度型の性質がくずれて、指向性がより狭くなっていることが読み取れる。 Further, an actual measurement graph of the directivity frequency response is shown in FIG. According to the graph of FIG. 4, it can be seen that in the frequency band near 600 Hz or more, the primary sound pressure gradient type property is broken and the directivity is narrower.
10(10a〜10e) マイクロホンユニット
11 マイクロホンカプセル
11a 振動板
11b 固定極
12 FET素子
14a〜14d 接続配線
G ゲート極
D ドレイン極
S ソース極
x マイクロホンユニットの主軸
X マイクロホンアレイの主軸
10 (10a to 10e)
Claims (2)
上記各コンデンサマイクロホンユニットが、それらの主軸を互いに平行とし、かつ、上記各振動板が同一平面上に存在する状態で上記主軸と直交する方向に沿って均等間隔で直線的に一列に配置され、
上記各FET素子のゲート極に上記固定極がそれぞれ接続され、上記各振動板および上記各FET素子のソース極がそれぞれ接地され、上記各FET素子のドレイン極がそれぞれ所定の駆動電源に接続され、
上記コンデンサマイクロホンユニット列の一端側から他端側にかけて、上記FET素子のソース極が隣接する次段の上記コンデンサマイクロホンユニットの振動板側に順次直列に接続され、上記他端側に存在する最終段のコンデンサマイクロホンユニットのソース極から上記各コンデンサマイクロホンユニットの音声信号が加算されて出力されることを特徴とするマイクロホンアレイ。 A microphone capsule in which a diaphragm and a fixed pole are arranged opposite to each other at a predetermined interval, and an FET element as an impedance converter that outputs a capacitance between the diaphragm and the fixed pole as an audio signal. In a microphone array comprising at least three unidirectional condenser microphone units including, and adding and outputting the audio signals of the condenser microphone units,
The condenser microphone units are arranged in a straight line at equal intervals along a direction orthogonal to the main axis in a state where the main axes are parallel to each other and the diaphragms are on the same plane,
The fixed electrode is connected to the gate electrode of each FET element, the source electrode of each diaphragm and each FET element is grounded, and the drain electrode of each FET element is connected to a predetermined drive power source, respectively.
From one end side to the other end side of the condenser microphone unit row, the source electrode of the FET element is sequentially connected in series to the diaphragm side of the adjacent condenser microphone unit of the next stage, and the final stage existing on the other end side A microphone array, wherein the audio signal of each condenser microphone unit is added and output from the source electrode of the condenser microphone unit.
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