JP6539846B2 - マイクロホン及びマイクロホン装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロホン及びマイクロホン装置に関する。

会議など複数の話者による会話をマイクロホンで収音するために、１つの筐体中に複数の単一指向性マイクロホンユニットを組み込んだものがある。例えば、筐体内に３つの単一指向性マイクロホンユニットを、各々の指向軸が互いに１２０度の間隔で放射状に位置するように設けることで、３６０度全方向の収音を可能にしたマイクロホンが知られている。

しかしながら、このような従来のマイクロホンは、指向軸の向きを変えたい場合、例えば会議などで３人の話者がマイクロホンの前方及び左右側に座り、マイクロホンの設置場所を変えられないような場合に、指向軸の向きを容易に変えることができなかった。

具体的には、上述した例では、筐体内のマイクロホンユニットの向きを、各々の指向軸が互いに９０度の角度になるように変更することで、より良い収音が実現する。従来のマイクロホンでは、筐体内のマイクロホンユニットの向きを物理的に変更することによって指向軸を変える構成としており（特許文献１参照）、このため複雑な機構となっていた。また、このような従来のマイクロホンでは、ユーザが筐体内のマイクロホンユニットの向きを変える必要が生じる。さらに、かかる従来構成では、マイクロホンが容易に取り出せない場所に設置されている場合、例えば天井に吊り下げられる場合や机上に埋め込まれるような場合に、マイクロホンの指向軸の向きを変えることが困難になるなどの問題がある。

特許文献２及び３には、１つの無指向性マイクロホンユニットと２つ又は３つの双指向性マイクロホンを用いた装置が開示されているが、特許文献２，３は、各々の双指向性マイクロホン間における指向軸が互いに直交している構成である。

特開２０１１−２９７６６号公報 特開２００８−６１１８６号公報 特開２００８−６７１７８号公報

本発明は、マイクロホンユニットの向きを物理的に変更することなく、指向軸の向きを電気的な処理で容易に変更可能なマイクロホン及びマイクロホン装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロホンは、１の点を通り周方向の間隔が１２０度で放射状に延びる二つの直線上に各々の指向軸が配置されている第１及び第２の双指向性マイクロホンユニットと、前記二つの直線によって形成される平面と直交する直線上に指向軸が配置されている第３の双指向性マイクロホンユニットと、前記第１、第２及び第３の双指向性マイクロホンユニットの収音領域内に配置されている無指向性マイクロホンユニットと、を備える。

本発明によれば、マイクロホンユニットの向きを物理的に変更することなく、指向軸の向きを電気的な処理で容易に変更可能なマイクロホン及びマイクロホン装置を提供できる。

本発明の実施形態によるマイクロホン装置の回路図である。 上記マイクロホン装置のマイクロホンにおける各マイクロホンユニットの配置例を示す平面図である。 各マイクロホンユニットの配置例と各マイクロホンユニットの指向特性を示す平面図である。 図２の配置例のマイクロホンを他の角度から見た斜視図である。 図４に各マイクロホンユニットの指向特性図等を加えた斜視図である。 マイクロホンユニット毎の指向特性を２次元的に表したグラフである。 マイクロホンユニット毎の指向特性を３次元的に表したグラフである。 無指向性マイクロホンユニットの出力の測定データを示すグラフであり、（ａ）は指向特性を、（ｂ）は０度，９０度，１８０度方向における周波数特性を、それぞれ示す。 双指向性マイクロホンユニットの出力の測定データを示すグラフであり、（ａ）は指向特性を、（ｂ）は０度，９０度，１８０度方向における周波数特性を、それぞれ示す。 信号増幅部の回路構成の一例を示す回路図である。 図１に示すマイクロホン装置の実施形態で得ることができる指向特性を示すグラフである。 図１に示す実施形態において、ＺＳ信号が合成される前の中間信号の指向特性を示すグラフである。 中間信号としての「Ｏ＋ＬＳ」信号の出力を実測したデータを示すグラフであり、（ａ）は指向特性を、（ｂ）は０度，９０度，１８０度方向における周波数特性を、それぞれ示す。 中間信号としての「Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）」信号の出力を実測したデータを示すグラフであり、（ａ）は指向特性を、（ｂ）は０度，９０度，１８０度方向における周波数特性を、それぞれ示す。 本発明に係るマイクロホン装置の別の実施形態を示す回路図である。 マイクロホンユニットの出力レベル調整回路の一例を示す回路図である。 マイクロホンユニットの出力レベル調整回路の別の例を示す回路図である。 マイクロホンユニットの出力レベル調整回路のさらに別の例を示す回路図である。 図１８の回路構成をさらに詳細に示す回路図である。

以下、本発明の実施形態によるマイクロホン及びマイクロホン装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すマイクロホン装置は、筐体内に４つのマイクロホンユニットが固定設置されたマイクロホン本体部（以下、単にマイクロホンという。）１と、各マイクロホンユニットの出力信号を処理する出力信号処理部と、を備える。

マイクロホン１に固定設置される４つのマイクロホンユニットは、１つの無指向性マイクロホンユニット１０と、第１乃至第３の双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０と、からなる。各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の物理的配置（位置関係）については図２乃至図５で後述する。

また、図１では、各マイクロホンユニットの出力信号及び処理された信号の特性や指向軸の方向などを明確にするため、相互に直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸による３次元座標上に各信号の特性図を付加しており、これらの説明も後述する。

出力信号処理部は、各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の出力信号を個別に増幅する信号処理部４０，４５，５０，５５と、これら各信号処理部４０，４５，５０，５５の後段に設けられている信号合成部としての合成回路７０と、を備える。

第１の信号処理部としての信号増幅部４５は、双指向性マイクロホンユニット２０の出力信号を非反転増幅及び反転増幅し、正相（＋）の非反転信号及び逆相（−）の反転信号を生成して合成回路７０に出力する。同様に、第２の信号処理部としての信号増幅部５０は、双指向性マイクロホンユニット２５の出力信号を非反転増幅及び反転増幅し、正相（＋）の非反転信号及び逆相（−）の反転信号を生成して合成回路７０に出力する。以下は、信号増幅部４５及び５０を「非反転／反転増幅回路」とも称する。第３の信号処理部としての信号増幅部４０は、無指向性マイクロホンユニット１０の出力信号を増幅して合成回路７０に出力する。第４の信号処理部としての信号増幅部５５は、双指向性マイクロホンユニット３０の出力信号を増幅（非反転増幅）して合成回路７０に出力する。以下は、信号増幅部４０及び５５を「信号増幅回路」とも称する。

合成回路７０は、各信号処理部４０，４５，５０，５５から供給される６つの増幅信号を合成して、端子Ａ，Ｂ，Ｃの３端子から出力する。かかる出力信号は、ミキサーなどの外部装置に供給され、更なる信号処理や録音などが行われる。合成回路７０については後で詳細に説明する。

次に、図２乃至図９を参照して、マイクロホン１の構成について説明する。

図２に示すマイクロホン１は、平面形状が略円形の筐体を備え、かかる筐体の下側ケース１５内に設けられた基板２１の上に各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０が固定設置されている。各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０は、この例ではコンデンサ型のものが用いられている。図２に示すマイクロホン１を別の角度から表した斜視図を図４に示す。

なお、図２及び図４では筐体の上蓋部を取り外した状態を示しており、上蓋部は、下側ケース１５の側縁側に形成された複数のねじ穴１６にねじ止めされることで、下側ケース１５に取り付けられる。

図３は、図２の構成に、各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の指向特性を表すパターンや、各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の位置関係を表す基準線などを加えた図である。図５は、図４に対応して上記指向特性のパターンや基準線などを加えた斜視図である。図３及び図５に示すように、無指向性マイクロホンユニット１０及び双指向性マイクロホンユニット２０，２５は、下側ケース１５及び基板２１の中心点から１２０度の間隔で放射状に延びる直線上に各々のユニットの中心部が位置するように、配置されている。また、この例では、これら３つのマイクロホンユニット１０，２０，２５は、基板２１の中心点（１の点）２５０を中心とする円周上に各ユニットの中心部が位置するように、一平面上に配置されている。

さらに、双指向性マイクロホンユニット２０及び２５は、基板２１の中心点から無指向性マイクロホンユニット１０の中心部を通る基準線に対して各々１２０度の角度で放射状に延びる直線上に各々の指向軸が位置するように、配置されている。したがって、双指向性マイクロホンユニット２０及び２５は、基板２１の中心点（１の点）２５０を通り周方向の間隔が１２０度で放射状に延びる二つの直線上に各々の指向軸が位置するように、基板２１上に固定設置されている。

他方、第３の双指向性マイクロホンユニットとしての双指向性マイクロホンユニット３０は、基板２１の中心点２５０上に配置されている。また、双指向性マイクロホンユニット３０は、その指向軸が双指向性マイクロホンユニット２０及び２５の指向軸に直交するように配置されている。具体的には、双指向性マイクロホンユニット２０及び２５の指向軸は基板２１に並行であり、これに対して、双指向性マイクロホンユニット３０は、その指向軸が基板２１の垂直方向下側を向くように配置されている。

以下は、上述したＸ，Ｙ，Ｚの３軸による３次元座標を適宜用いて、双指向性マイクロホンユニット２０及び２５の指向軸がＸＹ平面上に位置し、双指向性マイクロホンユニット３０の指向軸がＺ軸上に位置することを前提として説明する。

図１、図３乃至図７、及び実測データを示す図８（ａ），（ｂ）から分かるように、無指向性マイクロホンユニット１０は、全方位の音源を均一に捉える性質を有する。他方、図１、図３乃至図７、及び実測データを示す図９（ａ），（ｂ）から分かるように、双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０は、それぞれのユニットにおける正面（０ｄｅｇ）とその反対側（１８０ｄｅｇ）の前後２方向の音源を強く捉える性質を有する。加えて、双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０は、横方向（９０ｄｅｇ）からの音源は捉えにくい性質を有する。

以下は、双指向性マイクロホンユニット２０，２５及び３０において、各ユニットの正面側（前方、０ｄｅｇ）からの音源を捉える指向性を正（＋）の位相とし、反対側（後方、１８０ｄｅｇ）からの音源を捉える指向性を負（−）の位相として説明する。また、以下は、無指向性マイクロホンユニット１０が設置された側を前方に向けて、マイクロホン１をコンサートホールなどの天井から吊すように設置して収音を行う場合について説明する。

図６及び図７では、無指向性マイクロホンユニット１０の指向性パターンを「Ｏ」で、左側の双指向性マイクロホンユニット２０の指向性パターンを「ＬＳ」で表している。また、右側の双指向性マイクロホンユニット２５の指向性パターンを「ＲＳ」で、中央の双指向性マイクロホンユニット３０の指向性パターンを「ＺＳ」で表している。さらに、双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０につき、正の指向性パターンをそれぞれ「ＬＳ＋」，「ＲＳ＋」及び「ＺＳ＋」で、負の指向性パターンをそれぞれ「ＬＳ−」，「ＲＳ−」及び「ＺＳ−」で表している。この例では、双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０は、その感度すなわち一定の音圧を受けたときの出力信号レベルが相互に同一であり、さらに、無指向性マイクロホンユニット１０の感度とも等しくなっている。

次に、図１０等を参照して、マイクロホン１に接続される信号増幅部及び信号増幅部の後段の合成回路７０について説明する。以下の例では、信号増幅部をマイクロホン１とは別体とした形態であるが、信号増幅部または合成回路７０をマイクロホン１の筐体内に組み込むことも可能である。

図１０は信号増幅部４０，４５，５０，５５の回路構成の一例を示している。図１０に示すように、マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０が接続される信号増幅部は、非反転／反転増幅回路である。図１０に示す非反転／反転増幅回路は、トランジスタ５１にバイアス抵抗Ｒ１，Ｒ２、エミッタ抵抗Ｒｅ、及びコレクタ抵抗Ｒｃが接続されたバランス出力回路である。非反転／反転増幅回路では、マイクロホンユニットがトランジスタ５１のベースに接続され、ベースにはバイアス抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。ベース抵抗Ｒ１及びエミッタ抵抗Ｒｅは接地され、抵抗Ｒ２及びコレクタ抵抗Ｒｃには電圧Ｖｃｃが印加される。

非反転／反転増幅回路は、マイクロホンユニットの出力信号をトランジスタ５１で増幅し、エミッタから正相（＋）の信号を、コレクタから逆相（−）の信号を各々出力する。

図１に示す各信号増幅部４０，４５，５０，５５は、図１０に示す回路構成とすることができる。ただし、無指向性マイクロホンユニット１０に接続される信号増幅回路４０及び双指向性マイクロホンユニット３０に接続される信号増幅回路５５は、図１０に示すＶout＋端子から出力される非反転増幅信号のみを合成回路７０に出力すればよい。

この例では、各信号増幅部４０，４５，５０，及び５５は、対応するマイクロホンユニットからの入力信号の電圧レベルが相互に等しい場合に、各々同一レベルの増幅信号を合成回路７０に出力するように設定されている。

図１に示す実施形態における合成回路７０は、各信号増幅部４０，４５，５０，及び５５から供給される６つの増幅信号を合成して３つの合成信号を生成し、生成した合成信号を出力端子Ａ，Ｂ，Ｃから出力する。

（出力端子Ａの出力）
具体的には、合成回路７０は、信号増幅部４０から入力した増幅信号（以下「Ｏ信号」と称する。）を、信号増幅部４５から入力した正相（＋）の増幅信号（以下「ＬＳ信号」と称する。）と合成して「Ｏ＋ＬＳ」の信号を生成する。さらに、合成回路７０は、「Ｏ＋ＬＳ」の信号を、信号増幅部５５から入力した増幅信号（以下「ＺＳ信号」と称する。）と合成し、かかる合成信号を出力端子Ａから出力する。この合成処理により、無指向性マイクロホンユニット１０及び双指向性マイクロホンユニット２０，３０の各々の出力信号に基づく増幅信号が合成されて、「Ｏ＋ＬＳ＋ＺＳ」の出力信号が生成される。

このＯ＋ＬＳ＋ＺＳの出力信号は、図１及び図１１に示すように、設置されたマイクロホン１の下側４５度の方向かつ正面側（前方）から左に１２０度回転した方向からの音源の音が強められていることが分かる。したがって、出力端子Ａからは、指向軸が下側に４５度、左側に１２０度回転したカージオイド形の特性による単一指向性の出力信号が得られる。

理解を容易化するため、図１及び図１２では中間信号として「Ｏ＋ＬＳ」の信号の特性図を付記している。また、「Ｏ＋ＬＳ」の中間信号を実測した測定データを図１３（ａ），（ｂ）に示す。なお、図１３（ａ）に関し、使用した測定機器の仕様上、感度が最も高い方向を０°として、これを基準にして出力されるが、マイクロホン１の設置方向を基準とすると、実際の方向（角度）は、図１３（ａ）内に括弧書きで加えた数値のものとなる。

このＯ＋ＬＳ信号では、指向軸が、ＸＹＺ３次元座標での水平面すなわちＸＹ平面上で、Ｙ軸を基準として左１２０度方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号となることが分かる。このＯ＋ＬＳ信号に指向軸が縦すなわちＺ軸方向を向くＺＳ信号を合成すると、Ｏ＋ＬＳ＋ＺＳの信号として、指向軸が下４５度かつ左１２０度を向くカージオイド曲線による単一指向性の信号が生成され、出力端子Ａから出力される。

（出力端子Ｂの出力）
合成回路７０は、信号処理部４０から入力したＯ信号を、信号処理部５０から入力した正相（＋）の増幅信号（以下「ＲＳ信号」と称する。）と合成して「Ｏ＋ＲＳ」の信号を生成する。さらに、合成回路７０は、「Ｏ＋ＲＳ」の信号を、信号増幅部５５から入力したＺＳと合成し、かかる合成信号を出力端子Ｂから出力する。この合成処理により、無指向性マイクロホンユニット１０及び双指向性マイクロホンユニット２５，３０の各々の出力信号に基づく増幅信号が合成されて、「Ｏ＋ＲＳ＋ＺＳ」の出力信号が生成される。

このＯ＋ＲＳ＋ＺＳの出力信号は、図１及び図１１に示すように、設置されたマイクロホン１の下側４５度の方向かつ正面側（前方）から右に１２０度回転した方向からの音源の音が強められていることが分かる。言い換えると、Ｏ＋ＲＳ＋ＺＳの出力信号は、指向軸が下４５度方向かつ右１２０度方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号である。したがって、出力端子Ｂからは、指向軸が下側に４５度、右側に１２０度回転したカージオイド形の特性による単一指向性の出力信号が得られる。

理解を容易化するため、図１及び図１２では中間信号として「Ｏ＋ＲＳ」の信号の特性図を付記している。この「Ｏ＋ＲＳ」信号では、指向軸が上述したＸＹ平面上でのＹ軸を基準として右１２０度方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号となることが分かる。かかるＯ＋ＲＳ信号にＺＳ信号を合成することで、Ｏ＋ＲＳ＋ＺＳの信号として、指向軸が下４５度かつ右１２０度を向くカージオイド曲線による単一指向性の信号が生成され、出力端子Ｂから出力される。

（出力端子Ｃの出力）
合成回路７０は、信号処理部４０から入力したＯ信号を、信号処理部４５から入力した逆相（−）の増幅信号（以下「−ＬＳ信号」と称する。）と合成して「Ｏ＋（−ＬＳ）」の信号を生成する。また、合成回路７０は、「Ｏ＋（−ＬＳ）」の信号を、信号処理部５０から入力した逆相（−）の増幅信号（以下「−ＲＳ信号」と称する。）と合成して「Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）」の信号を生成する。さらに、合成回路７０は、「Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）」の信号を、信号増幅部５５から入力したＺＳと合成し、かかる合成信号を出力端子Ｃから出力する。この合成処理により、無指向性マイクロホンユニット１０及び双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０の各々の出力信号に基づく増幅信号が合成されて、「Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳ」の出力信号が生成される。

このＯ＋（−ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳの出力信号は、図１及び図１１に示すように、設置されたマイクロホン１の正面方向かつ下側に４５度回転した方向からの音源の音が強められていることが分かる。言い換えると、Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳの出力信号は、指向軸が下４５度方向かつ正面方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号である。したがって、出力端子Ｃからは、指向軸が正面（前方）方向かつ下側４５度方向を向いたカージオイド形の特性による単一指向性の出力信号が得られる。

理解を容易化するため、図１及び図１２では中間信号として、「Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）」信号の特性図を付記している。図１４（ａ），（ｂ）に、Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）の出力信号を実測した測定データを示す。さらに、図１では、（−ＬＳ−ＲＳ）信号の特性図も付記した。ここで、（−ＬＳ−ＲＳ）信号は、指向軸がＸＹ平面上の正面すなわちＹ軸方向を向いた双指向性の信号となることが分かる。この（−ＬＳ−ＲＳ）信号にＯ信号が合成されたＯ＋（−ＬＳ−ＲＳ）信号は、カージオイド曲線による単一指向性の信号となるが、指向軸の向きは同一すなわちＹ軸方向を向いていることが分かる。そして、Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）信号にＺＳ信号を合成することで、Ｏ＋（−ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳの出力信号として、指向軸が下４５度方向かつ正面方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号が生成され、出力端子Ｃから出力される。

かくして、図１に示す実施形態では、端子Ａからは、指向軸が下方４５度で左１２０度を向くカージオイド形の特性による出力信号が得られ、端子Ｂからは、指向軸が下方４５度で右１２０度を向く同形の特性による出力信号が得られる。また、端子Ｃからは、指向軸が下方４５度で前方を向くカージオイド形の特性による出力信号が得られる。

すなわち、図１に示すマイクロホン装置では、指向軸がいずれも下方４５度を向き、かつ、指向軸の横方向すなわちＸＹ平面での方向が相互に１２０度ずれた３つの単一指向性を有する出力信号を、相互に異なる出力端子から出力する。ここで、出力端子Ａ，Ｂ，Ｃのうちの一つを選択することにより、単一指向性のマイクロホンの指向軸を、電気的な切り換え操作で容易に切り換えることができる。なお、選択する出力端子の数は一つに限られず、複数の出力端子を選択してもよい。

次に、合成回路の構成が異なるマイクロホン装置の別の実施形態について、図１５を参照しながら説明する。

（出力端子Ａの出力）
図１５において、合成回路７０は、信号増幅部４０から入力したＯ信号と、信号増幅部４５から入力したＬＳ信号と、信号増幅部５０から入力した−ＲＳ信号と、信号増幅部５５から入力したＺＳ信号とを合成する。かかる合成信号は、Ｏ＋（ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳの信号として、出力端子Ａから出力される。

このＯ＋（ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳの出力信号は、設置されたマイクロホン１の左９０度で下方４５度方向からの音源の音が強められ、この反対側すなわち右９０度方向で上方４５度方向からの音源の音が弱められる特性を有する。したがって、このＯ＋（ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳの信号は、図１の合成回路の出力端子Ａから出力されるＯ＋ＬＳ＋ＺＳの信号と比較して、指向軸が右に３０度回転移動したものとなる。

理解を容易化するため、図１５では中間信号として（ＬＳ−ＲＳ）信号とＯ＋（ＬＳ−ＲＳ）信号の特性図を付記している。まず、（ＬＳ−ＲＳ）信号では指向軸が左９０度方向を向いた双指向性の信号となることが分かる。かかる（ＬＳ−ＲＳ）信号にＯ信号を合成することで、Ｏ＋（ＬＳ−ＲＳ）信号として、指向軸が左９０度方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号となる。さらに、Ｏ＋（ＬＳ−ＲＳ）信号にＺＳ信号を合成することで、ＸＹ平面上に位置しているＯ＋（ＬＳ−ＲＳ）信号の指向軸は、下側４５度方向に回転移動する。したがって、出力端子Ａからは、指向軸が左９０度方向及び下側４５度方向を向くカージオイド形の特性による単一指向性の出力信号が得られる。

（出力端子Ｂの出力）
合成回路７０は、信号増幅部４０から入力したＯ信号と、信号増幅部４５から入力した−ＬＳ信号と、信号増幅部５０から入力したＲＳ信号と、信号増幅部５５から入力したＺＳ信号とを合成する。かかる合成信号は、Ｏ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）＋ＺＳの信号として、出力端子Ｂから出力される。

このＯ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）＋ＺＳの出力信号は、設置されたマイクロホン１の右９０度で下方４５度方向からの音源の音が強められ、この反対側すなわち左９０度方向で上方４５度方向からの音源の音が弱められる特性を有する。したがって、このＯ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）＋ＺＳの信号は、図１の合成回路の出力端子Ｂから出力されるＯ＋ＲＳ＋ＺＳの信号と比較して、指向軸が左に３０度回転移動したものとなる。

理解を容易化するため、図１５では中間信号として（−ＬＳ＋ＲＳ）信号とＯ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）信号の特性図を付記している。まず、（−ＬＳ＋ＲＳ）信号では指向軸が右９０度方向を向いた双指向性の信号となることが分かる。かかる（−ＬＳ＋ＲＳ）信号にＯ信号を合成することで、Ｏ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）信号として、指向軸が右９０度方向を向いたカージオイド曲線による単一指向性の信号となる。さらに、Ｏ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）信号にＺＳ信号を合成することで、ＸＹ平面上に位置しているＯ＋（−ＬＳ＋ＲＳ）信号の指向軸は、下側４５度方向に回転移動する。したがって、出力端子Ｂからは、指向軸が右９０度方向及び下側４５度方向を向くカージオイド形の特性による単一指向性の出力信号が得られる。

（出力端子Ｃの出力）
信号増幅部５０から入力した逆相（−）の増幅信号（−ＲＳ信号）に対しては、図１と同様に、信号増幅部４５からの−ＬＳ信号と、信号増幅部４０からのＯ信号と、信号増幅部５５からのＺＳ信号とが合成される。したがって、図１と同一のＯ＋（−ＬＳ−ＲＳ）＋ＺＳ信号が出力端子Ｃから出力される。

かくして、図１５に示す実施形態では、出力端子Ａからは、指向軸が左に９０度、下方に４５度回転したカージオイド形の特性による出力信号が得られる。また、出力端子Ｂからは、指向軸が右に９０度、下方に４５度回転したカージオイド形の特性による出力信号が得られる。さらに、出力端子Ｃからは、指向軸が前方を向き下方に４５度回転したカージオイド形の特性による出力信号が得られる。

すなわち、図１５に示すマイクロホン装置では、指向軸がいずれも下方４５度を向き、かつ、指向軸の横方向すなわちＸＹ平面での方向が相互に９０度ずれた３つの単一指向性を有する出力信号を、相互に異なる出力端子から出力する。図１５に示す実施形態においても、電気的な切り換え操作で出力端子Ａ，Ｂ，Ｃのうちの一つを選択することにより、単一指向性のマイクロホンの指向軸を容易に切り換えることができる。なお、上述と同様に、選択する出力端子の数を複数としてもよい。

このように、本実施形態のマイクロホン１では、左右一対の双指向性マイクロホンユニット２０，２５の各々の指向軸が、１の点を通り周方向の間隔が１２０度で放射状に延びる二つの直線上に配置されている。加えて、マイクロホン１では、指向性マイクロホンユニット３０の指向軸が、上記二つの直線によって形成されるＸＹ平面と直交する直線すなわちＺ軸上に配置されている。さらに、マイクロホン１では、指向性マイクロホンユニット１０が、各双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０の収音領域内に配置されている。かかる基本的構成を備えたマイクロホン１によれば、指向軸の向きを電気的な処理で容易に変更することができる。

すなわち、本実施形態では、３つの単一指向性マイクロホンユニットを使用した従来構成のように、指向軸の向きを変更するために、筐体内のマイクロホンユニットの物理的な位置を変更する必要がなく、マイクロホン１に触れる必要もない。したがって、本実施形態によれば、従来のようにマイクロホンユニットの位置変更のための複雑な機構を設ける必要がなく、さらにはマイクロホンの設置場所の制限もなくなる。

図１と図１５に示す回路は互いに別の実施形態として説明した。しかし、図１に示す合成回路７０の構成と図１５に示す合成回路７０の構成を切り換えスイッチで切り換えるようにしてもよい。

切り換えスイッチを用いる場合、指向性の向きを変更するための図１と図１５の結線の切り換えすなわちオン／オフの状態を、物理的な連動スイッチにより一度に切り替える構成とすることができる。

他の例として、図１と図１５の結線の切り換えを、複数のスイッチにより別々に切り替える構成としてもよい。この場合は、指向軸につき、一方が水平方向９０度及び下側４５度に回転し他方が水平方向１２０度及び下側４５度に回転した形態でのカージオイド形の特性による出力信号を得ることができる。

さらに他の例として、パソコン（ＰＣ）などを用いて上述のスイッチの切り換えをソフトウエア的に制御する構成とすることもできる。

（レベル調整部）
さらに、各出力端子Ａ，Ｂ，Ｃから出力される信号の指向性の特性を連続的に変化させるために、信号増幅部（４０〜５５）に、マイクロホンユニット（１０〜３０）の出力信号のレベルを調整するレベル調整部を設けることができる。

図１６は、信号増幅部４０，４５，５０，５５の各出力ラインにレベル調整部を設けた回路構成例を示す。このレベル調整部８０は、演算増幅器８１の−側入力端子に入力抵抗Ｒｉが接続されるとともに、演算増幅器８１の出力側と−側入力端子との間に帰還抵抗が接続された回路であり、帰還抵抗に可変抵抗器ＶＲｆが用いられている。レベル調整部８０では、可変抵抗器ＶＲｆで設定された抵抗値と入力抵抗Ｒｉの抵抗値との比率によって演算増幅器のゲインが決定される。したがって、信号増幅部４０，４５，５０，５５の各出力ラインにレベル調整部８０を設けることにより、レベル調整部８０の可変抵抗器ＶＲｆを調整することによって各マイクロホンユニットの出力信号レベルを調整できる。

図１７は、マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０が接続される信号増幅部（非反転／反転増幅回路）４０，４５，５０，５５にレベル調整部を設けた回路構成例を示す。この非反転／反転増幅回路は、図１０に示す非反転／反転増幅回路におけるトランジスタ５１に接続されるコレクタ抵抗を可変抵抗器ＶＲｃとしたものである。図１７に示す非反転／反転増幅回路によれば、可変抵抗器ＶＲｃの抵抗値を調整することによって、マイクロホンユニットの逆相（−）の信号の出力信号レベル、さらには正相（＋）の出力信号レベルの比率を調整できる。

さらに、合成回路７０の出力端子Ａ乃至Ｃの各後段に、図１６に示すレベル調整部と等価の回路を設けることもできる。かかる構成とすることにより、外部装置に供給される３相の信号の出力レベルを個別に調整することができる。

（マイク感度調整部）
さらに、各出力端子Ａ，Ｂ，Ｃから出力される信号の指向性の特性を連続的に変化させるために、マイクロホンユニット（１０〜３０）と信号増幅部（４０〜５５）との間にマイクロホンユニットの感度調整部を設けることができる。図１８は、マイクロホンユニット１００としてコンデンサマイクロホンを用いた感度調整部の回路構成の一例を示す。

図１８に示す感度調整部は、ＦＥＴ９１、抵抗Ｒ３，Ｒ４、及びコンデンサ９２を用いたインピーダンス変換部９０を有するとともに、コンデンサマイクロホンに成極電圧を供給するファントム電源９３の出力電圧を可変にした構成となっている。

ファントム電源９３は、ミキサー側から供給されるものであるが、図１８ではマイクロホンユニット１００の近傍にあるかのように簡略化して描かれている。ファントム電源９３の電圧調整は、ミキサー側で行うことができる。

また、図１８ではファントム電源自体が可変電圧電源のように描かれているが、実際にはファントム電源の電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータを介して変換される。ファントム電源の電圧を可変にするための具体的な回路構成を図１９に示す。図１９に示す回路では、ファントム電源９３と可変抵抗Ｒ５とを並列に接続し、マイクロホンユニット１００の一方の端子を可変抵抗Ｒ５の可変端子に接続することで、マイクロホンユニット１００に加えられる電圧値が調整される。このようにファントム電源９３の出力電圧値を調整することにより、マイクロホンユニットの感度が調整され、マイクロホンユニットから信号増幅部に出力される信号レベルが調整される。

図１、図１５に示す各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０に図１８及び図１９に示す感度調整部を設けることにより、合成回路７０で合成される信号における各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の影響力が変化する。その結果、各端子Ａ，Ｂ，Ｃから出力される単一指向性の指向軸の向きが連続的に変化し、同時に、指向性のパターンも変化する。

例えば、無指向性マイクロホンユニット１０において、ファントム電源９３の出力電圧値を大きく設定することにより、各出力端子Ａ〜Ｃから出力される信号のパターン特性が、より無指向的なものになる。逆に、ファントム電源９３の出力電圧値を小さく設定することにより、各出力端子Ａ〜Ｃから出力される信号における無指向性のパターン特性の反映度が小さなものとなる。

このように、感度調整部やレベル調整部を任意的に付加することにより、外部装置に供給される出力信号の指向特性を、個別かつ連続的に調整することが可能となる。

具体的には、双指向性マイクロホンユニット２０と２５の出力の合成比を調節することで、指向軸をＸＹ平面上の任意の方向に連続的に変更することができる。例えば、双指向性マイクロホンユニット２０に対する双指向性マイクロホンユニット２５の合成比を連続的に大きくした場合、合成される信号の指向軸の向きを、双指向性マイクロホンユニット２５の指向軸の方に連続的に傾けることができる。

また、無指向性マイクロホンユニット１０に対する双指向性マイクロホンユニット２０，２５または３０の出力の合成比を調節することで、指向特性のパターン形状を、カージオイド形からハイパーカージオイド形などへ自由に変更できる。

さらに、双指向性マイクロホンユニット３０に対する双指向性マイクロホンユニット２０または２５の出力の合成比を調節することで、指向軸のＺ軸方向への傾きを連続的に変更することができる。例えば、双指向性マイクロホンユニット２０に対する双指向性マイクロホンユニット３０の合成比を連続的に大きくした場合、合成される信号の指向軸の向きは、双指向性マイクロホンユニット３０の指向軸（Ｚ軸）の方に連続的に傾けられる。

本発明に係るマイクロホン及びマイクロホン装置は、音楽演奏などの収音用としてコンサートホールや野外会場などに設置するマイクロホン、会議の収音用に好適なテーブル置き型のマイクロホン、その他多くの用途が見込まれる。

図１及び図１５で図示及び説明した合成回路７０における結線態様すなわち各信号の合成態様は一例である。合成回路７０は、双指向性マイクロホンユニット２０，２５から出力される非反転信号と反転信号の少なくとも一つと、無指向性マイクロホンユニット１０及び双指向性マイクロホンユニット３０の各出力信号と、を合成するものであればよい。かかる構成とすることで、互いに異なる方向の指向軸を有する２以上の出力信号を生成することができる。

合成回路７０の出力端子の数は複数あればよく、合成する信号の組み合わせは任意である。合成回路７０において、各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の出力信号を合成せずにそのまま出力する端子や、上述した指向軸の向きや指向特性のパターン形状を連続的に変化させて出力する端子を追加的に設けてもよい。このように、合成回路７０から出力される信号の数を増やすことにより、多チャンネルの収音を行うことも可能になる。

出力信号処理部における出力特性すなわち入力信号の合成態様による指向軸の方向の切り替えや、マイクロホン感度などの調整は、手動によりスイッチの切り換え操作や調整操作を行う構成でもよいし、他の構成でもよい。例えばサウンドフィールド収音用として、音源の方向を検出し、検出した音源方向に対応した指向軸の方向となるように、自動で切り替えや調整を行うようにしてもよい。この場合は、各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の出力配線を分岐させてＰＣなどの制御装置に接続し、かかる制御装置で検出した各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０の出力に基づいた制御を行えばよい。この制御には、合成回路７０の上述したスイッチの切り替え、合成回路７０における各信号の合成態様、上述した各種可変抵抗器の抵抗値の調整が含まれる。

本実施形態では各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０がコンデンサ型のものとした例について説明したが、これに限られない。例えば、３つの双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０のいずれか一つ以上をリボン型マイクロホンユニットとすることもできる。

本実施形態ではマイクロホンユニット１０，２０，２５が一点（基板２１の中心点）を通り周方向の間隔が相互に１２０度で放射状に延びる三つの直線上に各々位置しているが、無指向性のマイクロホンユニット１０の位置はこれに限られない。無指向性のマイクロホンユニット１０の位置は、他のマイクロホンユニット２０，２５，３０の収音領域内に配置されていればよい。したがって、無指向性のマイクロホンユニット１０は、例えば、基板２１の中央、中央に近い位置、双指向性マイクロホンユニット２０，２５，３０のいずれかの近傍など、任意の位置に設けることができる。無指向性マイクロホンユニット１０の向きは任意である。

本実施形態では双指向性マイクロホンユニット３０が基板２１の中心点上に位置しているが、双指向性マイクロホンユニット３０の位置はこれに限られない。双指向性マイクロホンユニット３０の位置は、他のマイクロホンユニット１０，２０，２５の収音領域内に配置されていればよく、無指向性マイクロホンユニット１０と同様に、任意の位置に設けることができる。

他方、各マイクロホンユニット１０，２０，２５，３０相互間での出力信号の位相を可及的に整合させる観点からは、少なくとも双指向性マイクロホンユニット２０，２５の振動板は、同一面上に配置することが好ましい。

本実施形態では、双指向性マイクロホンユニット３０の指向軸が下方を向くように、マイクロホン１をコンサートホールなどの天井から吊して設置する例を説明したが、これに限られない。マイクロホン１は、収音の用途などに応じて、例えば床やデスクトップなどに埋め込む等により、双指向性マイクロホンユニット３０の指向軸が上方を向くように設置してもよい。他にも、収音の用途に応じて、双指向性マイクロホンユニット３０の指向軸を斜め方向や横方向とするなど、マイクロホン１を様々な任意の角度で設置することができる。

本発明に係るマイクロホン及びマイクロホン装置は、特許請求の範囲に記載した技術思想を逸脱しない範囲で設計変更可能である。

１ マイクロホン
２１ 基板
１０ 無指向性マイクロホンユニット
２０，２５ 双指向性マイクロホンユニット（第１及び第２の双指向性マイクロホンユニット）
３０ 双指向性マイクロホンユニット（第３の双指向性マイクロホンユニット）
４０ 信号増幅回路（第３の信号処理部）
４５ 非反転／反転増幅回路（第１の信号処理部）
５０ 非反転／反転増幅回路（第２の信号処理部）
５５ 信号増幅回路（第４の信号処理部）
７０ 合成回路（信号合成部）
Ａ，Ｂ，Ｃ 出力端子
８０ レベル調整部

Claims (14)

1. １の点を通り周方向の間隔が１２０度で放射状に延びる二つの直線上に各々の指向軸が配置されている第１及び第２の双指向性マイクロホンユニットと、
   前記二つの直線によって形成される平面と直交する直線上に指向軸が配置されている第３の双指向性マイクロホンユニットと、
   前記第１、第２及び第３の双指向性マイクロホンユニットの収音領域内に配置されている無指向性マイクロホンユニットと、
   を備えるマイクロホン。
2. 前記第１及び第２の双指向性マイクロホンユニットは、前記１の点を中心点とする円周上に配置されている
   請求項１記載のマイクロホン。
3. 前記無指向性マイクロホンユニットは、前記１の点を通り周方向の間隔が前記第１及び第２の双指向性マイクロホンユニットからそれぞれ１２０度の間隔で放射状に延びる直線上に配置されている
   請求項１または２に記載のマイクロホン。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロホンと、
   前記第１及び第２の双指向性マイクロホンユニットそれぞれの非反転信号と反転信号の少なくとも一つと前記第３の双指向性マイクロホンユニットの出力信号と前記無指向性マイクロホンユニットの出力信号とを合成して互いに異なる向きの指向軸を有する複数の出力信号を生成する信号合成部と、
   を備えるマイクロホン装置。
5. 前記第１の双指向性マイクロホンユニットからの正相の出力信号の位相を反転させて前記反転信号を生成し、前記正相の出力信号と前記反転信号とを前記信号合成部に出力する第１の信号処理部と、
   前記第２の双指向性マイクロホンユニットからの正相の出力信号の位相を反転させて前記反転信号を生成し、前記正相の出力信号と前記反転信号とを前記信号合成部に出力する第２の信号処理部と、
   をさらに備える請求項４に記載のマイクロホン装置。
6. 前記無指向性マイクロホンユニットの出力信号を増幅して前記信号合成部に供給する第３の信号処理部と、
   前記第３の双指向性マイクロホンユニットの出力信号を増幅して前記信号合成部に供給する第４の信号処理部と、をさらに有し、
   前記第１及び第２の信号処理部は、各々、対応する双指向性マイクロホンユニットの出力信号を非反転増幅及び反転増幅して、非反転増幅及び反転増幅された信号を前記信号合成部に供給する
   請求項５記載のマイクロホン装置。
7. 前記信号合成部は、生成した出力信号を出力するための第１乃至第３の３つの出力端子を備え、生成した複数の出力信号を相互に異なる出力端子から出力する
   請求項４乃至６のいずれかに記載のマイクロホン装置。
8. 前記信号合成部は、指向軸の方向が相互に異なる３つの単一指向性を有する出力信号を相互に異なる出力端子から出力する
   請求項７に記載のマイクロホン装置。
9. 前記信号合成部は、
   前記第１の双指向性マイクロホンユニットからの正相の出力信号に、前記無指向性マイクロホンユニットからの出力信号と、前記第３の双指向性マイクロホンユニットからの出力信号とを加えて一つの出力端子から出力し、
   前記第２の双指向性マイクロホンユニットからの正相の出力信号に、前記無指向性マイクロホンユニットの出力信号と、前記第３の双指向性マイクロホンユニットからの出力信号とを加えて別の出力端子から出力し、
   前記第２の双指向性マイクロホンユニットからの逆相の反転信号に、前記第１の双指向性マイクロホンユニットからの逆相の反転信号と、前記無指向性マイクロホンユニットからの出力信号と、前記第３の双指向性マイクロホンユニットからの出力信号とを加えてさらに別の出力端子から出力する
   請求項８記載のマイクロホン装置。
10. 前記信号合成部は、指向軸の方向が前記二つの直線によって形成される平面上で相互に１２０度ずれ、当該平面に対する指向軸の傾きが相互に等しい３つの単一指向性を有する出力信号を相互に異なる出力端子から出力する
    請求項９記載のマイクロホン装置。
11. 前記信号合成部は、
    前記第１の双指向性マイクロホンユニットからの正相の出力信号に、前記無指向性マイクロホンユニットからの出力信号と、前記第２の双指向性マイクロホンユニットからの逆相の反転信号と、前記第３の双指向性マイクロホンユニットからの出力信号とを加えて一つの出力端子から出力し、
    前記第２の双指向性マイクロホンユニットからの正相の出力信号に、前記無指向性マイクロホンユニットからの出力信号と、前記第１の双指向性マイクロホンユニットからの逆相の反転信号と、前記第３の双指向性マイクロホンユニットからの出力信号とを加えて別の出力端子から出力し、
    前記第２の双指向性マイクロホンユニットからの逆相の反転信号に、前記第１の双指向性マイクロホンユニットからの逆相の反転信号と、前記無指向性マイクロホンユニットからの出力信号と、前記第３の双指向性マイクロホンユニットからの出力信号とを加えてさらに別の出力端子から出力する
    請求項８記載のマイクロホン装置。
12. 前記信号合成部は、指向軸の方向が前記二つの直線によって形成される平面上で相互に９０度ずれ、当該平面に対する指向軸の傾きが相互に等しい３つの単一指向性を有する出力信号を相互に異なる出力端子から出力する
    請求項１１記載のマイクロホン装置。
13. 前記マイクロホンユニットの少なくとも一つには、マイクロホンの感度を調整する感度調整部が備えられている
    請求項４乃至１２のいずれかに記載のマイクロホン装置。
14. 前記信号処理部の少なくとも一つには、対応するマイクロホンユニットの出力信号のレベルを調整するレベル調整部を備えている
    請求項５又は６に記載のマイクロホン装置。
    

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