JP5602883B2 - 高指向性バウンダリーマイクロホン - Google Patents

Description

従来技術
声に出された言葉の増幅は、多くの機会において必要であって、使用が容易で、しかもエラーや歪みの傾向が少ないことが望ましい。典型的には、増幅は、音声を収音するためにステムにマイクロホンを配置することによって解決されている。特に素人がマイクロホンを独力で使用しなければならない状況において、干渉のない増幅を得ることは、しばしば、困難であることが証明されている。このような障害を克服する１つの方法は、固定式のマイクロホン、例えばバウンダリーマイクロホンを使用することによる。

大部分のバウンダリーマイクロホンは、バウンダリープレート（境界プレート）に取り付けられ保護スクリーンにより被覆されたコンデンサ素子の形式を取っている。マイクロホンは、目立たないようにあるいは低い姿勢で設置され、フラットに机上又は床上に配置される。現在の技術水準にあるバウンダリーマイクロホンの一例は、米国特許出願公開第２００９００９７６８６号明細書である。この米国特許出願は、オーディオテクニカ社（日本／東京）のバウンダリーマイクロホン群に属する最新のバウンダリーマイクロホンに係る。

このようなマイクロホンは、話し手が良好な受音のために接近する必要がないという利点を有する一方、その指向性の特性は不十分である。

少数のバウンダリーマイクロホンのみが、フラット型のマイクロホンのこの基本原理とは相違している。

米国特許第６１５８９０２号明細書は、レスポンスの１つの主方向を有するバウンダリーレイヤーマイクロホンを開示している。このマイクロホンは、プレート表面の下を通る少なくとも１つのサウンドトンネルを有している。このような構造は、上記型式のその他のバウンダリーレイヤーマイクロホンと比較して指向性の特性を増すものの、マイクロホンの幾何学形状に起因して、音響の受信が最適な範囲は制限されている。

米国特許第６４０８０８０号明細書は、感度の改善を提供するために凹面状の反射器とバウンダリーレイヤー技術とを組み合わせたマイクロホンに関する。凹面状の反射器は、バウンダリーレイヤーに音波が集められるようにバウンダリーレイヤー形成面に関して配置されている。こうして、強い圧縮層が、バウンダリーレイヤー形成面の近くに形成されている。音響の受信が最適な範囲の大きさは、米国特許第６１５８９０２号明細書と比較して増大されてはいるものの、このマイクロホンは、迅速かつ容易な組立又は変更を許容しない複雑な構成を有する。

発明の開示
本発明は、音のサラウンド効果が良好であり、コムフィルタ効果がない等のバウンダリーマイクロホンの有利な属性と、通常の単一指向性マイクロホンのカーディオイド指向性の特性及び高信号対雑音比とを兼ね備える。

幾つかの取り組みは、部屋を形成する単数又は複数の表面（バウンダリー）からの過度な反射をしばしば生じる理想的とは言い難い音響空間においてマイクロホンを効果的に使用するためになされてきた。

どの部屋でも、音は、マイクロホンに向かって２つの経路、すなわちマイクロホンへの直接的な経路と、部屋内の何らかの硬い表面における反射の結果としての経路とを介して伝わる。使用者がマイクロホンの前のスピーチ範囲内で話すと、音波は、直接マイクロホン素子に向かって進行するとともに、マイクロホン素子の前のフラットな平面において反射されて、マイクロホン素子に向かって方向転換される。反射音は、マイクロホンまでより長い経路を辿るので、時間的に遅れて到達する。このことは、多重位相の干渉の原因となり得る。直接音と遅れた音とは、マイクロホンにおいて混ざり合う。

直接音と遅れた音との位相がそろっている（コーヒレントである）周波数において、信号は重畳されて、音圧を２倍にし、振幅を６ｄＢＳＰＬブーストする。このことは結果として、全周波数レスポンス内に一連のピークを生じる。

直接的な信号と遅れた信号との位相がそろっていない周波数において、信号は、互いにキャンセルして、レスポンス内にディップ又はノッチを形成する。このことは結果として、全周波数レスポンス内に一連のディップを生じて、コムフィルタ効果を形成し、不自然な音を生成する。

この全周波数レスポンスにおけるピーク及びディップの問題を解決するためには、反射音の遅延を短くして、反射音が直接音と略同時にマイクロホンに到達するようにすることが必要である。

本発明において、このことは、マイクロホン素子を反射性の平面に著しく接近（ミリメートルレンジ。最も高い周波数により与えられる波長より明らかに短い。）させて配置することにより解決される。この目的のために、マイクロホン素子は、十分に小さくなければならない（半インチ以下）。

この反射性の平面に対するマイクロホン素子の近接する位置決め並びに直接音及び反射音の収音は、６ｄＢの利得を提供する。分かり易く言えば、同じマイクロホン素子を有する通常のマイクロホンと比較して、同じ信号対雑音比で２倍の距離を置いて話すことが可能である。

本発明によれば、カーディオイド指向性の特性を有する通常の小型の単一指向性マイクロホン素子は、平面、例えばテーブルに隣接配置されている。マイクロホン素子は平面に面している。マイクロホン素子と平面との間の角度は、好ましくは３５°である。単一指向性マイクロホン素子を使用し、位置調整されたホルダ内に配置することによって、素子の指向性の属性は、マイクロホン素子が直接音を収音するので、改善される。加えて、マイクロホン素子が反射音も捉えるので、バウンダリーレイヤー技術の効果を得ることができる。

マイクロホン素子の直下の表面は、高指向性バウンダリーマイクロホンのトータルパフォーマンスに対して重大な影響を有している。表面が平滑でなく、堅固でなく、反射性でなく、かつ十分に大きくないとき、付加的な利得は、達成され得ない。結果として得られる音は、周波数範囲内の吸収され反射される特定の部分により歪まされてしまう場合がある。

付加的な利得により、通常のマイクロホンと比較して信号対雑音比を減じることなく、より大きな距離で高指向性マイクロホンを使用することができる。使用者は、比較的大きな距離で話すとき、マイクロホン信号により直接可聴であることなしに動くより高いフレキシビリティを有している。これによって生じる振幅変化は、より僅かである。

マイクロホンに接近している話し手と比較して、マイクロホンに対してより大きな距離を置いた話し手の動きは少ない。

加えて、高指向性バウンダリーマイクロホンを使用することにより、近接効果は、比較的大きな距離では起こり得ない。また、本発明は、話し手の顔の障害とはならない。

振幅変化が比較的僅かであり、近接効果がないという両要因は、スピーチの了解度に対する大きな貢献をもたらす。

一平面上の高指向性バウンダリーマイクロホン及び必要なホルダの側面図である。 音波がどのようにマイクロホン素子に向かって移動するかを示す図である。 使用者の視点から見た、ホルダ上に位置決めされた高指向性バウンダリーマイクロホンの正面図である。 保護キャップの下に配置された高指向性バウンダリーマイクロホン及びホルダの可能な一実施の形態を示す図である。

図面の詳細な説明
図１には、本発明に係る高指向性バウンダリーマイクロホン１０が示されている。マイクロホン素子１２は、マイクロホン素子１２の膜１６が平面１８に面しているようにホルダプレート１４に配置されている。平面１８には、ホルダプレート１４とホルダベース２２とを備えるホルダ２０が配置されている。指向性バウンダリーマイクロホン１０の膜は、ホルダプレート１４内に面一に位置決めされているので、指向性バウンダリーマイクロホン１０とホルダプレート１４とは、同一の表面を形成している。

ホルダ２０、つまりホルダプレート１４とホルダベース２２とは、金属及びプラスチックを含む種々異なる材料から製造可能である。

ホルダ２０は、マイクロホン素子１２が平面１８に対して好ましくは３５°の角度２４で配向されていることを保証する。この位置で、マイクロホン素子１２は、マイクロホン素子１２の下の平面１８において反射されて遅れた音３０（図２）だけでなく、直接音２６（図２）も所定のスピーチ範囲２８Ａ（図１）及び２８Ｂ（図３）内で検出可能である。

３５°の角度２４は、音響性能にとって最適である。角度２４がより大きければ、指向性の減少が起こるだけでなく、異なる垂直スピーチ角における周波数レスポンス内の振幅変動も起こり、角度がより小さければ、カーディオイド特性が、低周波をキャンセルし、場合によっては中周波もキャンセルする。いずれの状況においても、音の着色（coloring）が増大する。

カーディオイド指向性の特性を有するマイクロホン素子１２は、単一指向性である。単一指向性は、２つのマイクロホン型式、すなわち圧力型マイクロホンと速度型マイクロホンとの組み合わせである。速度成分は、高いランブル感度の原因である。マイクロホン素子１２が平面１８に接近した位置にあるため、ランブル雑音の低い周波数は、マイクロホン素子１２の両側、つまりフロント３２及びリア３４にあり、互いにキャンセルする。マイクロホン素子１２内の圧力成分は、すべての低周波のレスポンスが除去されてしまわないことを保証する。

ホルダプレート１４は、好ましくは３ｍｍの厚さ３６を有しており、マイクロホン素子１２とホルダプレート１４のエッジ４２との間の寸法４２も、好ましくは３ｍｍである。

これらの値は、小型のマイクロホン素子１２の指向性の性能を増すために選択されている。ホルダプレート１４のこのエッジ４２及び厚さ３６によって、音は、フロントからリアに進行する際に遅延する。小型のマイクロホン素子１２の通常であれば乏しい指向性は、これにより改善され得る。マイクロホン素子１２は、ホルダ２０の角隅４０に可及的接近して配置されており、このことは、高周波における干渉特性を軽減する。ホルダプレート１４のエッジ４２は、マイクロホン素子１２のフロント３２とリア３４との間の距離を延長する。このことは、マイクロホン素子１２の指向性をカーディオイドからハイパーカーディオイドに増す。

上手く設計されたカーディオイドマイクロホン素子は、０度軸と比較して９０度軸で−６ｄＢのＳＰＬ低下を有している。理論的には、１８０度軸においては音を一切ピックアップあるいは収音しない。フロントからリアへの経路を増すことにより、９０度軸における収音を減らすことができる。９０度軸における感度は−６ｄＢより低くなる。このタイプのマイクロホンの一例は、ハイパーカーディオイド型マイクロホンである。払うべき代償は、このようなマイクロホンがリア側でより高い感度を有していることである。

本発明におけるホルダプレート１４及びマイクロホン素子１２の指定した寸法により、９０度軸における感度は、−６ｄＢより低く、かつリア側における感度は、可及的低く維持されている。その特性は、ハイパーカーディオイド型マイクロホンの方向に変化している。この全体的なデザインとバウンダリ（境界）とは、マイクロホンに高指向性の特性を与える。

本発明の高指向性の利点は、スピーチ範囲２８Ａ，２８Ｂ内に高感度を有し、スピーチ範囲２８Ａ，２８Ｂ外に著しく低い感度を有していることにある。収音することが望まれる声に出された言葉を収音し、周囲の妨害雑音をそれほど収音しない。このことは、結果的にスピーチのより良好な了解度を実現する。

トータルシステム内での音響的なフィードバックの機会も低減される。トータルシステムは、マイクロホン、アンプ及びスピーカである。音響的なフィードバックは、マイクロホンが、スピーカから収音した自己の信号を増幅する機会である。この理由は、高指向性バウンダリーマイクロホン１０が、同じ素子の通常のマイクロホンと比較してより高い指向性を有しているからである。

マイクロホン素子１２を備えるホルダ２０が配置されている平面１８は、高指向性バウンダリーマイクロホンの性能にとって重要である。平面１８は、滑らかで平たんな表面を、特にマイクロホン素子１２の直下かつ前に有していなければならない。その結果、音の拡散反射又は吸収は起こらない。同じ理由から、平面は、表面の大きな中断なしに、２０ｃｍ以上連続していなければならない。平面は、音を反射してマイクロホン素子１２へと伝えるので、中断や、短い平面は、音を歪ませてしまう場合がある。

図３は、マイクロホン素子１２の例示的な一実施の形態の正面図である。

ホルダ２０に取着されているマイクロホン素子１２は、好ましくは半円筒形のホルダプレート１４により包囲されている。ホルダプレート１４は、マイクロホン素子１２の位置を維持し、機械的な影響に対する保護部材として機能する。

図４は、保護キャップ４８の下に配置されている高指向性バウンダリーマイクロホン１０及びホルダ２０の１つの可能な実施の形態を示している。

マイクロホン素子１２は、前述したようにホルダプレート１４上に配置されている。ホルダ２０を直接平面１８に位置決めする代わりに、ホルダ２０は、平滑かつ固定にデザインされた反射性の平面５２の上面５０に配置されている。反射性の平面５２は、下面５４に少なくとも１つの吸振器５６を有しており、平面１８、例えばテーブル５８上に配置されている。吸振器５６は、弾性材料、例えばラバー、合成エラストマー又はフォームパッド若しくはゲルパッドから形成されており、デカップリング効果あるいは遮断効果を提供する。デカップリング効果は、ランブル雑音及び振動雑音を低減する。音は圧力波にすぎないため、増幅させることが必要な音源に起因しない振動を除去することは、良好な信号対雑音比にとって重要である。

単一指向性マイクロホン素子の使用及び反射性の平面５２へのマイクロホン素子の位置決めは、低周波部のキャンセルをもたらす。このことはランブル雑音に関してポジティブに働く。しかし、スピーチの周波数範囲の最低部も、若干低減されてしまう。周波数範囲の小部分の増幅は、この低減を修復することができる。

本実施の形態の音質は、２００Ｈｚの中心周波数を有するオクターブバンドフィルタを使用することにより改善可能である。このオクターブを数ｄＢブーストすると、スピーチ信号は、その抑制された低い周波数を取り戻す。ブーストされる２００Ｈｚのオクターブの下では、低い周波数のキャンセルが再びアクティブとなる。この小さなイコライジング補正（equalizing correction）によって、同時にスピーチ信号の低い周波数とランブル雑音のキャンセルとが得られる。

ホルダ２０及びマイクロホン素子１２並びに幾つかの接続ワイヤ６０、例えば信号変換及び電源用の接続ワイヤ６０は、保護キャップ４８の下に配置されている。保護キャップ４８は、好ましくは半球である。保護キャップは、正しい音響性能のために可及的開放的でなければならず、かつマイクロホンを保護するために十分に強固でなければならない。

反射性の平面５２は、極めて平滑、堅固かつ非吸収性の表面を有する材料から製造されている。これらの材料は、音波を反射することができる。他方、周波数が吸収又は減衰されてしまうと、上述したような６ｄＢＳＰＬの増加は、起こらない。好ましくは鉄が選択される。この金属は、それに加えて費用対効果が極めて高く、加工性もよい。

図４に看取可能であるように、本発明に係る高指向性バウンダリーマイクロホン１０は、反射性の平面５２を有していてよい。反射性の平面５２は、平面１８の役割を果たすので、カーペット又は平面内の間隙等の理想的とは言い難い表面を有している平面でも高指向性バウンダリーマイクロホン１０を使用することを可能にする。

Claims (7)

1. 高指向性バウンダリーマイクロホン（１０）であって、少なくとも１つの単一指向性マイクロホン素子（１２）を備え、ホルダプレート（１４）とホルダベース（２２）を有するホルダ（２０）を備えていて、マイクロホン素子（１２）は、該マイクロホン素子（１２）とホルダプレート（１４）とが同一の平面を形成するように、該ホルダプレート（１４）内に面一に位置決めされており、ホルダ（２０）は、１つの平面（１８）上に配置されていて、ホルダプレート（１４）と前記平面（１８）との間の角度（２４）が３０°〜４０°であり、マイクロホン素子（１２）は、ホルダプレート（１４）と前記平面（１８）とにより形成される角隅に可及的に接近して配置されている、高指向性バウンダリーマイクロホン（１０）において、ホルダプレート（１４）は、音がフロントからリアに進行する際に遅延して、前記少なくとも１つのマイクロホン素子（１２）の指向性が向上するように、寸法設定されていることを特徴とする、高指向性バウンダリーマイクロホン。
2. 前記少なくとも１つのマイクロホン素子（１２）は、該マイクロホン素子（１２）の膜側で、前記ホルダ（２０）が配置されている前記平面（１８）に面している、請求項１記載の高指向性バウンダリーマイクロホン。
3. 前記ホルダプレート（１４）と前記平面（１８）との間の角度（２４）は３５°である、請求項１又は２記載の高指向性バウンダリーマイクロホン。
4. 前記少なくとも１つのマイクロホン素子（１２）を備える前記ホルダ（２０）は、反射性の平面（５２）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の高指向性バウンダリーマイクロホン。
5. 前記反射性の平面（５２）は、ラバー、合成エラストマー又はフォームパッド若しくはゲルパッドを含む弾性材料から製造される少なくとも１つの吸振器（５６）を備える、請求項４記載の高指向性バウンダリーマイクロホン。
6. 前記少なくとも１つのマイクロホン素子（１２）及び前記ホルダ（２０）は、保護キャップ（４８）により包囲されている、請求項４又は５記載の高指向性バウンダリーマイクロホン。
7. 前記反射性の平面（５２）及び前記保護キャップ（４８）は鉄から製造されている、請求項６記載の高指向性バウンダリーマイクロホン。

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