JP7075188B2 - Video camera with directional microphone and variable directional microphone - Google Patents

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Description

本発明は、背面又は側面、或いはこれらの組み合わせの指向方向の感度を抑圧可能とする指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラに関する。 The present invention relates to a directional microphone capable of suppressing the directional sensitivity of the back surface or the side surface, or a combination thereof, and a video camera with a variable directional microphone.

従来技術として、単一の音響管を有するラインマイクロホンを単独で用いた狭指向性マイクロホンがある。この狭指向性ラインマイクロホンは、低周波数帯域では、指向性が広くなるという傾向や、背面感度特性が抑圧されにくいという傾向がある。 As a prior art, there is a narrow directional microphone using a line microphone having a single acoustic tube alone. This narrow directional line microphone tends to have a wide directivity in a low frequency band and tends to have a tendency that the back sensitivity characteristic is not easily suppressed.

そこで、この背面感度特性が抑圧されにくいという傾向を改善するために、音響管を有するラインマイクロホンと、その背面感度を抑圧するための指向性マイクロホンとを組み合わせ、可聴周波数帯全体にわたり、優れた背面感度の抑圧を実現する背面感度抑圧型狭指向性マイクロホンが既に知られている(例えば、特許文献1,2参照)。 Therefore, in order to improve the tendency that the back sensitivity characteristic is hard to be suppressed, a line microphone having an acoustic tube and a directional microphone for suppressing the back sensitivity are combined to provide an excellent back surface over the entire audible frequency band. Backside sensitivity suppression type narrow directional microphones that realize sensitivity suppression are already known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

ところで、マイクロホンの指向性をズームに合わせて変更可能とする可変指向性マイク付きビデオカメラが知られている(例えば、特許文献3,4参照)。 By the way, a video camera with a variable directivity microphone that can change the directivity of a microphone according to a zoom is known (see, for example, Patent Documents 3 and 4).

ビデオカメラは通常、光学系のズーム機能を有しており、ビデオカメラに対して正面に位置する被写体をクローズアップして撮影することができる。このとき、特許文献3,4の技法によれば、映像と同時に記録される音声の収音時に、注目した被写体のクローズアップに合わせて当該被写体の発する音声以外の周囲雑音を抑圧可能としている。 A video camera usually has an optical zoom function, and can take a close-up shot of a subject located in front of the video camera. At this time, according to the techniques of Patent Documents 3 and 4, it is possible to suppress ambient noise other than the sound emitted by the subject in accordance with the close-up of the subject of interest at the time of collecting the sound recorded at the same time as the video.

特許第5268713号明細書Japanese Patent No. 5268713 特許第4383242号明細書Japanese Patent No. 4383242 特許第2500888号明細書Japanese Patent No. 2500888 特許第2900722号明細書Japanese Patent No. 2900722

特許文献1,2に開示されるような従来の背面感度抑圧型狭指向性マイクロホンは、音響管を有するラインマイクロホンの出力信号と、背面感度抑圧用指向性マイクロホンの出力信号に対し、ローパスフィルタを用いて帯域を制限したものを加減算することで、音響管を有するラインマイクロホンの背面感度を抑圧する仕組みとなっている。 The conventional back-sensitivity suppression type narrow-directional microphone as disclosed in Patent Documents 1 and 2 has a low-pass filter for the output signal of the line microphone having an acoustic tube and the output signal of the back-sensitivity suppression directional microphone. By adding or subtracting the one whose band is limited by using it, the back sensitivity of the line microphone having an acoustic tube is suppressed.

この場合、背面側から音波が入射するとき、ラインマイクロホンの出力信号と、ローパスフィルタを通過した背面感度抑圧用マイクロホンの出力信号との関係が、おおよそ同振幅で、その後段の処理として加算処理の場合であれば逆位相の関係になければ(減算処理の場合であれば同位相の関係になければ)、高精度に抑圧することができない。 In this case, when the sound is incident from the back side, the relationship between the output signal of the line microphone and the output signal of the microphone for suppressing back sensitivity that has passed through the low-pass filter has approximately the same amplitude, and the addition processing is performed as the subsequent processing. In some cases, it cannot be suppressed with high accuracy unless it is in the opposite phase relationship (in the case of the subtraction process, it is not in the same phase relationship).

しかしながら、これらの各出力信号の振幅と位相の関係は、周波数毎に変化するため、単純なローパスフィルタを使用した場合には、高精度に抑圧できる帯域が制限されてしまう可能性がある。 However, since the relationship between the amplitude and the phase of each of these output signals changes for each frequency, when a simple low-pass filter is used, the band that can be suppressed with high accuracy may be limited.

また、背面感度抑圧用マイクロホンの出力信号を加減算することで、背面方向の感度が低減しても、不所望な側面の感度が上昇することもある。 Further, by adding or subtracting the output signal of the microphone for suppressing the back sensitivity, even if the sensitivity in the back direction is reduced, the sensitivity of the undesired side surface may be increased.

マイクロホンの背面に限らず、背面又は側面、或いはこれらの組み合わせの指向方向の感度を抑圧するマイクロホンを構成することが可能であり、その場合も同様に、高精度に抑圧できる帯域が制限されてしまう可能性がある。 It is possible to configure a microphone that suppresses not only the back surface of the microphone but also the back surface or the side surface, or a combination of these in the directivity direction, and in that case as well, the band that can be suppressed with high accuracy is limited. there is a possibility.

特に、マイクロホンの指向性をズームに合わせて変更可能とする可変指向性マイク付きビデオカメラにおいては、背面と側面の双方の感度をズームに合わせて高精度に抑圧することが好ましい。 In particular, in a video camera with a variable directivity microphone that allows the directivity of the microphone to be changed according to the zoom, it is preferable to suppress the sensitivity of both the rear surface and the side surface with high accuracy according to the zoom.

従って、所望される背面又は側面、或いはこれらの組み合わせの指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラが望まれる。 Therefore, a directional microphone and a video camera with a variable directional microphone are desired, which suppress the sensitivity of the desired back surface or side surface, or a combination thereof in the directional direction with high accuracy in a wide band.

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a directional microphone that suppresses sensitivity in a predetermined directional direction with high accuracy in a wide band, and a video camera with a variable directional microphone.

本発明による第1態様の指向性マイクロホンは、背面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向とは逆方向に単一指向性を有する少なくとも1つの副マイクロホンと、前記少なくとも1つの副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルM(ω)と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルW(ω)により前記少なくとも1つの副マイクロホンの出力信号ベクトルG(ω)に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ=0°を為す正面方向からθ=180°を為す背面方向までの任意周波数ωにおける最終出力ベクトルY(ω)、及び、θ=0°を為す当該正面方向の感度を保ったまま、θ=180°を為す当該背面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルD(ω)を用いて、前記最終出力ベクトルY(ω)と前記目標特性ベクトルD(ω)との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする。 The directional microphone of the first aspect according to the present invention is a directional microphone having anterior narrow directionalness with suppressed back sensitivity, and is a main microphone having anterior narrow directional direction using an acoustic tube, and the acoustic tube. For at least one sub-microphone arranged along the longitudinal direction and having unidirectionality in the direction opposite to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directional, and each output signal obtained from the at least one sub-microphone. , The filtered signal that cancels the response on the back surface of the main microphone and the signal that has been delayed processed so as to compensate for the delay amount generated by the filtering process are added to the output signal obtained from the main microphone. The signal processing unit includes a signal processing unit that generates a sound pickup signal with suppressed back sensitivity, and the signal processing unit includes an output signal vector M (ω) after delay processing of the main microphone and a transmission function of the filter processing. The front narrow directional main axis θ = 0 ° obtained by adding the digital output signal obtained by filtering the output signal vector G (ω) of the at least one sub-microphone by the vector W (ω). The final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency ω from the front direction to the back direction, which makes θ = 180 °, and θ = 180 °, while maintaining the sensitivity in the front direction, which makes θ = 0 °. The difference between the final output vector Y (ω) and the target characteristic vector D (ω) is minimized based on a predetermined norm by using the target characteristic vector D (ω) for suppressing the sensitivity in the back direction. It is characterized in that it is subjected to a filtering process .

更に、本発明による第3態様の指向性マイクロホンは、ドーナツ型指向性を有する指向性マイクロホンであって、互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号と、前記全指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号とを用いて所定の加減算処理を施すことにより、ドーナツ型の指向性を持つ収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。 Further, the directional microphone of the third aspect according to the present invention is a directional microphone having a donut-shaped directivity, which is a pair of unidirectional microphones brought close to each other with opposite directivity directions and the pair. An omnidirectional microphone having omnidirectionality arranged between unidirectional microphones, a signal obtained by filtering the pair of unidirectional microphones, and a filtered signal to the omnidirectional microphone. It is characterized by comprising a signal processing unit that generates a sound pickup signal having a donut-shaped directivity by performing a predetermined addition / subtraction process using the signal.

更に、本発明による第4態様の指向性マイクロホンは、側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。 Further, the directional microphone of the fourth aspect according to the present invention is a directional microphone having anterior narrow directional with suppressed side sensitivity, and a main microphone having an anterior narrow directional using an acoustic tube and the acoustic. A pair of unidirectional microphones arranged along the longitudinal direction of the tube and brought close to each other in opposite directions that are the same direction and opposite to each other with respect to the front direction forming the anterior narrow directional main axis. For each output signal obtained from the omnidirectional microphones arranged between the pair of unidirectional microphones, the pair of unidirectional microphones, and the omnidirectional microphones. A filtered signal that cancels the lateral response of the microphone and a delay-processed signal that compensates for the delay amount caused by the filter processing are added to the output signal obtained from the main microphone. It is characterized by including a signal processing unit that generates a sound collecting signal with suppressed side sensitivity.

また、本発明による第4態様の指向性マイクロホンにおいて、前記信号処理部は、前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルMside(ω)と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルWside(ω)により前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンの出力信号ベクトルGside(ω)に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ=0°を為す正面方向と、0°<|θ|<180°を為す側面方向と、θ=180°を為す背面方向の任意周波数ωにおける最終出力ベクトルY(ω)、及び、θ=0°を為す当該正面方向の感度とθ=180°を為す当該背面方向の感度を保ったまま、0°<|θ|<180°を為す当該側面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルDside(ω)を用いて、前記最終出力ベクトルY(ω)と前記目標特性ベクトルDside(ω)との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする。 Further, in the directional microphone of the fourth aspect according to the present invention, the signal processing unit has the output signal vector M side (ω) after the delay processing of the main microphone and the transmission function vector W side (ω) of the filtering processing. The front narrow directional spindle obtained by adding a digital output signal obtained by filtering the output signal vector G side (ω) of the pair of unidirectional microphones and the omnidirectional microphone. The final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency ω in the front direction where θ = 0 °, the side direction where 0 ° << | θ | <180 °, and the back direction where θ = 180 °, and θ = Target characteristic vector for suppressing the sensitivity in the side direction that makes 0 ° << | θ | <180 ° while maintaining the sensitivity in the front direction that makes 0 ° and the sensitivity in the back direction that makes θ = 180 °. It is characterized in that D side (ω) is used to perform a filtering process that minimizes the difference between the final output vector Y (ω) and the target characteristic vector D side (ω) based on a predetermined norm.

更に、本発明による第5態様の指向性マイクロホンは、背面及び側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン、前記全指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向及び背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面及び側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。 Further, the directional microphone of the fifth aspect according to the present invention is a directional microphone having anterior narrow directional with suppressed back and side sensitivity, and a main microphone having an anterior narrow directional using an acoustic tube. A pair of unidirectional objects arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and approaching each other in the same direction and opposite directions to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directionality. An omnidirectional microphone arranged between the pair of unidirectional microphones, an omnidirectional microphone arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube, and a frontal direction forming the main axis of the anterior narrow directionalness. For each output signal obtained from the unidirectional sub-microphone pointing in the direction opposite to the unidirectional microphone, the pair of unidirectional microphones, the omnidirectional microphone, and the sub-microphone. A filtered signal that cancels the side-to-side and back-side responses of the microphone, and a delay-processed signal that compensates for the amount of delay caused by the filtering of the output signal obtained from the main microphone. It is characterized by including a signal processing unit that generates a sound collecting signal in which the back and side sensitivities are suppressed by adding.

更に、本発明による第6態様の指向性マイクロホンは、背面及び側面感度の抑圧量を調整可能とした前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成し、前記一対の単一指向性マイクロホンのうち前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成し、前記側面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記背面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能とした収音信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。 Further, the directional microphone of the sixth aspect according to the present invention is a directional microphone having anterior narrow directionalness in which the suppression amount of the back surface and side sensitivity can be adjusted, and the anterior narrow directionality is achieved by using an acoustic tube. A pair of main microphones to be held and arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and brought close to each other in the same direction and opposite directions to the front direction forming the front narrow directional main axis. Unidirectional microphones, omnidirectional omnidirectional microphones arranged between the pair of unidirectional microphones, and the anterior narrow directional microphones arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube. For each output signal obtained from the unidirectional sub-microphone having a directing direction opposite to the front direction forming the main axis, the pair of unidirectional microphones, and the omnidirectional microphone. The filtered signal is added to generate a sideways cancel signal for suppressing the side sensitivity of the main microphone, in the front direction forming the front narrow directional main axis of the pair of unidirectional microphones. On the other hand, in order to suppress the back sensitivity of the main microphone by adding a filtered signal to each output signal obtained from the unidirectional microphone having the opposite direction and the sub microphone. A signal that generates a rearward canceling signal and adjusts the amplitude of the sideways canceling signal based on an external instruction, a signal that adjusts the amplitude of the rearward canceling signal based on an external instruction, and a signal from the main microphone. To the obtained output signal, a signal that has been delayed to compensate for the delay caused by the filter processing is added to generate a sound pickup signal in which the suppression amount of the back surface and side sensitivity can be adjusted individually. It is characterized by including a signal processing unit.

更に、本発明による可変指向性マイク付きビデオカメラは、本発明による第6態様の指向性マイクロホンと、ズーム機能付き光学レンズと、前記ズーム機能付き光学レンズに対し外部指示に基づいてズーム制御信号を出力して画角を決定するズーム動作を行わせ、該ズーム動作を経て被写体を撮像した映像の信号を生成する撮像制御部と、前記ズーム制御信号を基に当該画角が狭いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を大きくし、当該画角が広いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を小さくする抑圧量調整信号を前記指向性マイクロホンに出力し、前記指向性マイクロホンが前記ズーム制御信号に応じて背面及び側面感度の抑圧量を自動調整した収音信号を生成するよう制御する収音制御部と、を備えることを特徴とする。 Further, the video camera with a variable directional microphone according to the present invention transmits a zoom control signal to the directional microphone according to the sixth aspect of the present invention, an optical lens with a zoom function, and the optical lens with a zoom function based on an external instruction. An image pickup control unit that outputs a zoom operation to determine the image angle and generates a signal of an image of the subject through the zoom operation, and a directivity when the image angle is narrow based on the zoom control signal. When the angle of view is wide, the suppression amount adjustment signal is output to the directional microphone to increase the suppression amount of the back and side sensitivity, and to decrease the suppression amount of the back and side sensitivity when the angle of view is wide. It is characterized by including a sound collection control unit that controls to generate a sound collection signal in which the suppression amount of the rear surface and side sensitivity is automatically adjusted according to the zoom control signal.

本発明によれば、所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを構成することができる。 According to the present invention, it is possible to configure a directional microphone that suppresses sensitivity in a predetermined directional direction with high accuracy over a wide band, and a video camera with a variable directional microphone.

本発明による第1実施形態の指向性マイクロホン(背面感度抑圧型の指向性マイクロホン)の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the directional microphone (back sensitivity suppression type directional microphone) of 1st Embodiment by this invention. (a)乃至(k)は、それぞれ本発明による第1実施形態の指向性マイクロホンにおける感度指向特性のシミュレーション結果を示す図である。(A) to (k) are diagrams showing the simulation results of the sensitivity directional characteristics in the directional microphone of the first embodiment according to the present invention, respectively. 本発明による第2実施形態の指向性マイクロホン(背面感度抑圧型の指向性マイクロホン)の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the directional microphone (back sensitivity suppression type directional microphone) of the 2nd Embodiment by this invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による第3実施形態の指向性マイクロホン(ドーナツ型の指向性マイクロホン)の概略構成と、その指向性マイクロホンの指向性特性を示す図である。(A) and (b) are diagrams showing the schematic configuration of the directional microphone (doughnut-shaped directional microphone) of the third embodiment according to the present invention and the directional characteristics of the directional microphone, respectively. 本発明による第4実施形態の指向性マイクロホン(側面感度抑圧型の指向性マイクロホン)の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the directional microphone (side sensitivity suppression type directional microphone) of 4th Embodiment by this invention. 本発明による第5実施形態の指向性マイクロホン(背面及び側面感度抑圧型の指向性マイクロホン)の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the directional microphone (backward and side sensitivity suppression type directional microphone) of the 5th Embodiment by this invention. 本発明による第6実施形態の指向性マイクロホン(背面感度及び側面感度抑圧量調整型の指向性マイクロホン)の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the directional microphone (the directional microphone of the back sensitivity and side sensitivity suppression amount adjustment type) of the 6th Embodiment by this invention. (a)乃至(k)は、それぞれ本発明による第6実施形態の指向性マイクロホンにおける感度指向特性のシミュレーション結果を示す図である。(A) to (k) are diagrams showing the simulation results of the sensitivity directional characteristics in the directional microphone according to the sixth embodiment of the present invention, respectively. 本発明による第6実施形態の指向性マイクロホンを用いて、その指向性をズームに合わせて変更可能とする、本発明による一実施形態の可変指向性マイク付きビデオカメラの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the video camera with the variable directional microphone of one Embodiment by this invention which makes it possible to change the directivity according to a zoom by using the directional microphone of 6th Embodiment by this invention. ..

以下、図面を参照して、本発明による第1乃至第5実施形態の指向性マイクロホンと、その第5実施形態の指向性マイクロホンを利用して構成した本発明による一実施形態の可変指向性マイク付きビデオカメラについて順に説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, the directional microphone according to the first to fifth embodiments according to the present invention and the variable directional microphone according to the present invention configured by using the directional microphone according to the fifth embodiment. The attached video camera will be described in order.

〔第1実施形態〕(背面感度抑圧型の指向性マイクロホン)
図1は、本発明による第1実施形態の指向性マイクロホン10の概略構成を示す図である。第1実施形態の指向性マイクロホン10は、背面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される。
[First Embodiment] (Back-sensitivity suppression type directional microphone)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a directional microphone 10 according to a first embodiment of the present invention. The directional microphone 10 of the first embodiment is configured as a back-sensitivity suppression type directional microphone.

図1に示す指向性マイクロホン10は、音響管11を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン12と、音響管11の後端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第1副マイクロホン13aと、音響管11の先端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第2副マイクロホン13bと、信号処理部14とを備える。信号処理部14は、第1フィルタ141、第2フィルタ142、遅延器145、及び加算器146を備える。 The directional microphone 10 shown in FIG. 1 includes a main microphone 12 having an anterior narrow directivity using an acoustic tube 11 and a first sub-microphone 13a having a rear unidirectionality arranged near the rear end of the acoustic tube 11. A second sub-microphone 13b having rear unidirectional directivity arranged near the tip of the acoustic tube 11 and a signal processing unit 14 are provided. The signal processing unit 14 includes a first filter 141, a second filter 142, a delay device 145, and an adder 146.

主マイクロホン12は、一般的にはマイクロホンカプセルと称され、音響管11の後端に配置することで前方狭指向性(前方正面をθ=0°とする)を持たせることができ、主マイクロホン12と音響管11とを併せてラインマイクロホンとも称される。 The main microphone 12 is generally called a microphone capsule, and by arranging it at the rear end of the acoustic tube 11, it can have forward narrow directivity (the front front is θ = 0 °), and the main microphone can be provided. The 12 and the acoustic tube 11 are also collectively referred to as a line microphone.

尚、音響管11は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口11aを有している。そして、音響管11の後端に配置する主マイクロホン12は、中低音周波数帯域では、その背面方向に指向性を持つ。 The acoustic tube 11 is formed in a cylindrical or square cylinder shape having a predetermined length for obtaining narrow angle directivity only at high frequencies, and has a plurality of openings 11a for phase interference on its side surface at regular intervals. ing. The main microphone 12 arranged at the rear end of the acoustic tube 11 has directivity in the rearward direction in the mid-low frequency band.

そこで、主マイクロホン12の正面方向の指向感度特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたる広帯域で背面感度を抑圧するために、音響管11の後端近傍、及び音響管11の先端近傍には、一般的にはマイクロホンカプセルと称される第1副マイクロホン13a、及び、第2副マイクロホン13bが設けられる。 Therefore, in order to suppress the back sensitivity in a wide band over the entire audible frequency band without affecting the directional sensitivity characteristic of the main microphone 12, near the rear end of the acoustic tube 11 and near the tip of the acoustic tube 11. Is provided with a first sub-microphone 13a and a second sub-microphone 13b, which are generally referred to as microphone capsules.

第1副マイクロホン13a、及び、第2副マイクロホン13bは、それぞれ主マイクロホン12の指向軸(前方指向方向を示す破線矢印)に対し180°逆方向(後方指向方向を示す破線矢印)に向く後方単一指向性を持つ。 The first sub-microphone 13a and the second sub-microphone 13b are rearward single facing 180 ° opposite to the directivity axis of the main microphone 12 (dashed arrow indicating the forward directivity direction) (dashed arrow indicating the backward directivity direction), respectively. Has unidirectionality.

尚、第1副マイクロホン13a、及び、第2副マイクロホン13bの配置位置は、本実施形態の例に限らず後述する信号処理部14の処理に応じて適宜調整した配置とすることができる。また、本実施形態の例では、第1及び第2副マイクロホン13a,13bの2個を使用する例を示しているが、1個としてもよいし、3個以上としてもよい。 The arrangement positions of the first sub-microphone 13a and the second sub-microphone 13b are not limited to the example of the present embodiment, and may be appropriately adjusted according to the processing of the signal processing unit 14 described later. Further, in the example of the present embodiment, an example in which two of the first and second sub-microphones 13a and 13b are used is shown, but the number may be one or three or more.

主マイクロホン12の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ/デジタル(A/D)変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、信号処理部14における遅延器145に入力される。同様に、第1及び第2副マイクロホン13a,13bの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、A/D変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、それぞれ信号処理部14における第1フィルタ141、及び第2フィルタ142に入力される。 The output signal of the main microphone 12 is amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an analog / digital (A / D) converter (the amplifier and the A / D converter are not shown). It is input to the delay device 145 in the signal processing unit 14. Similarly, the output signals of the first and second sub-microphones 13a and 13b are also amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an A / D converter (amplifier and A / D conversion). (Not shown in the device), are input to the first filter 141 and the second filter 142 in the signal processing unit 14, respectively.

第1フィルタ141は、第1副マイクロホン13aから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器146に出力する。 The first filter 141 performs a filter process for canceling the response in the back direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the first sub microphone 13a, and outputs the digital output signal to the adder 146.

第2フィルタ142は、第2副マイクロホン13bから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器146に出力する。 The second filter 142 applies a filter process to cancel the response in the back direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the second sub microphone 13b, and outputs the digital output signal to the adder 146.

遅延器145は、第1フィルタ141及び第2フィルタ142によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン12から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器146に出力する。 The delay device 145 performs delay processing on the digital output signal obtained from the main microphone 12 and outputs it to the adder 146 so as to compensate for the delay amount generated by the filter processing by the first filter 141 and the second filter 142, respectively. ..

加算器146は、遅延器145、第1フィルタ141、及び第2フィルタ142を経てそれぞれ得られる主マイクロホン12、第1及び第2副マイクロホン13a,13bのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。 The adder 146 inputs and adds the digital output signals of the main microphone 12, the first and second sub microphones 13a, 13b obtained through the delay device 145, the first filter 141, and the second filter 142, respectively. As a result, a sound pickup signal with suppressed back sensitivity is generated and output to the outside.

ここで、より詳細に、第1フィルタ141、及び第2フィルタ142に関するフィルタ処理について説明する。 Here, the filter processing relating to the first filter 141 and the second filter 142 will be described in more detail.

主マイクロホン12に、音響管11を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をm(θ,ω)とする。 Let m (θ, ω) be the transmission function when a sound wave having a frequency ω is incident on the main microphone 12 from the direction of the directing angle θ via the acoustic tube 11.

また、n個(n≧1)の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれg(θ,ω),g(θ,ω),・・・,g(θ,ω)とし、総じてn個の副マイクロホンの出力信号ベクトルG(θ,ω)とし、さらに、指向角度θ=0°の方向とθ=180°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてG(ω)=[G(0,ω),G(180,ω)]とする。本実施形態の例ではn=2の第1及び第2副マイクロホン13a,13bであるが、n個の副マイクロホンとして一般化できる。 Further, each output signal of n (n ≧ 1) sub-microphones is g 1 (θ, ω), g 2 (θ, ω), ..., G n (θ, ω), respectively, and n pieces in total. The output signal vector G (θ, ω) of the sub-microphone, and the output signal vector of the sub-microphone in the direction of the directing angle θ = 0 ° and the direction of θ = 180 ° are generally G (ω) = [G (0). , Ω), G (180, ω)] T. In the example of this embodiment, the first and second sub-microphones 13a and 13b with n = 2 can be generalized as n sub-microphones.

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルをW(ω)=[w(ω),w(ω),・・・,w(ω)]とする。尚、Tは転置行列を表す。本実施形態の例ではn=2とする第1フィルタ141及び第2フィルタ142であるが、n個のフィルタとして一般化できる。 Further, let W (ω) = [w 1 (ω), w 2 (ω), ..., w n (ω)] T be the transfer function vector of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone. Note that T represents a transposed matrix. In the example of this embodiment, the first filter 141 and the second filter 142 have n = 2, but they can be generalized as n filters.

まず、信号処理部14における指向角度θ=0°の方向とθ=180°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)=[y(0,ω),y(180,ω)]は、主マイクロホン12の遅延処理後の出力信号ベクトルM(ω)と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルG(ω)W(ω)とを加算して、式(1)で表すことができる。 First, the final output vector Y (ω) = [y (0, ω), y (180, ω)] T at an arbitrary frequency in the direction of the directivity angle θ = 0 ° and the direction of θ = 180 ° in the signal processing unit 14. Is the equation (1) by adding the output signal vector M (ω) after the delay processing of the main microphone 12 and the digital output signal vector G (ω) W (ω) after the filter processing of each sub microphone. Can be represented.

Figure 0007075188000001
Figure 0007075188000001

ところで、主マイクロホン12の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部14における指向角度θ=0°の方向とθ=180°の方向の最終出力の目標特性ベクトルD(ω)=[d(0,ω),d(180,ω)]は、式(2)で表される。ここで、d(0,ω),d(180,ω)は、それぞれ目標とする正面方向の感度指向特性及び背面方向の感度指向特性である。 By the way, in order to suppress the back sensitivity over the entire audible band without affecting the sensitivity directional characteristic in the front direction of the main microphone 12, the direction of the directional angle θ = 0 ° and the direction of θ = 180 ° in the signal processing unit 14 The target characteristic vector D (ω) = [d (0, ω), d (180, ω)] T of the final output in the direction is expressed by the equation (2). Here, d (0, ω) and d (180, ω) are the target sensitivity-oriented characteristics in the front direction and the sensitivity-oriented characteristics in the back direction, respectively.

Figure 0007075188000002
Figure 0007075188000002

そこで、信号処理部14から出力される収音信号として、θ=0°,180°の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)と、θ=0°,180°の目標特性ベクトルD(ω)の2乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルW(ω)として、
W(ω)=(G(ω)G(ω))-1G(ω)(D(ω)-M(ω))
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Hは、エルミート転置行列を表わす。
Therefore, as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 14, the final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency of θ = 0 ° and 180 ° and the target characteristic vector D (ω) of θ = 0 ° and 180 °. To minimize the squared error of, as the transfer function vector W (ω) of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone.
W (ω) = (G (ω) HG (ω)) -1 G (ω) H (D (ω) -M (ω))
A digital filter processing having a transfer function is performed. Here, H represents the Hermitian transpose matrix.

ここで、フィルタ設計の別の一例について説明する。 Here, another example of filter design will be described.

主マイクロホン12に、音響管11を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をm(θ,ω)とする。 Let m (θ, ω) be the transmission function when a sound wave having a frequency ω is incident on the main microphone 12 from the direction of the directing angle θ via the acoustic tube 11.

また、n個(n≧1)の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれg(θ,ω),g(θ,ω),・・・,g(θ,ω)とし、総じてn個の副マイクロホンの出力信号ベクトルG(θ,ω)とし、さらに、指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてG(ω)=[G(0,ω),G(θ,ω),G(θ,ω),…,G(180,ω)]とする。本実施形態の例ではn=2の第1及び第2副マイクロホン13a,13bであるが、n個の副マイクロホンとして一般化できる。 Further, each output signal of n (n ≧ 1) sub-microphones is g 1 (θ, ω), g 2 (θ, ω), ..., G n (θ, ω), respectively, and n pieces in total. The output signal vector G (θ, ω) of the sub-microphone, and the output signal vector of the sub-microphone in the directions of the directing angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° are generally G (ω) =. [G (0, ω), G (θ 1 , ω), G (θ 2 , ω), ..., G (180, ω)] T. In the example of this embodiment, the first and second sub-microphones 13a and 13b with n = 2 can be generalized as n sub-microphones.

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルをW(ω)=[w(ω),w(ω),・・・,w(ω)]とする。尚、Tは転置行列を表す。本実施形態の例ではn=2とする第1フィルタ141及び第2フィルタ142であるが、n個のフィルタとして一般化できる。 Further, let W (ω) = [w 1 (ω), w 2 (ω), ..., w n (ω)] T be the transfer function vector of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone. Note that T represents a transposed matrix. In the example of this embodiment, the first filter 141 and the second filter 142 have n = 2, but they can be generalized as n filters.

まず、信号処理部14における指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)=[y(0,ω),y(θ,ω),y(θ,ω),…,y(180,ω)]は、主マイクロホン12の遅延処理後の出力信号ベクトルM(ω)と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルG(ω)W(ω)とを加算して、式(3)で表すことができる。 First, the final output vectors Y (ω) = [y (0, ω), y (θ 1 ) at arbitrary frequencies in the directions of the directing angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° in the signal processing unit 14. , Ω), y (θ 2 , ω), ..., y (180, ω)] T is the output signal vector M (ω) after the delay processing of the main microphone 12 and the digital after the filtering processing of each sub microphone. It can be expressed by the equation (3) by adding the output signal vectors G (ω) W (ω).

Figure 0007075188000003
Figure 0007075188000003

ところで、主マイクロホン12のある特定方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部14における指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の最終出力の目標特性ベクトルD(ω)=[d(0,ω),d(θ,ω),d(θ,ω),…,d(180,ω)]を、式(4)とする。ここで、d(0,ω),d(θ,ω),d(θ,ω),…,d(180,ω)は、それぞれθ=0°, θ,θ,…,180°の方向の目標とする感度指向特性であり、h(θ,ω)は方向ごとの目標抑圧量の重みを表している。h(θ,ω)は0≦h(θ,ω)≦1の範囲の値をとり、h(θ,ω)の値が0に近いほど、目標抑圧量が大きいことを表している。 By the way, in order to suppress the back sensitivity over the entire audible band without affecting the sensitivity directional characteristic of the main microphone 12 in a specific direction, the directional angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 in the signal processing unit 14. …, Target characteristic vector D (ω) = [d (0, ω), d (θ 1 , ω), d (θ 2 , ω),…, d (180, ω) of the final output in the direction of 180 ° ] Let T be the equation (4). Here, d (0, ω), d (θ 1 , ω), d (θ 2 , ω), ..., D (180, ω) are θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , respectively. It is a sensitivity-directed characteristic targeted at a direction of 180 °, and h (θ, ω) represents the weight of the target suppression amount for each direction. h (θ, ω) takes a value in the range of 0 ≦ h (θ, ω) ≦ 1, and the closer the value of h (θ, ω) is to 0, the larger the target suppression amount.

Figure 0007075188000004
Figure 0007075188000004

正面方向の感度を保ったまま、正面以外の方向の感度を抑圧する目的であれば、たとえばh(θ,ω)の一例として、以下のように与えることができる。
h(θ,ω)=0.5(1-cos(θ))
For the purpose of suppressing the sensitivity in a direction other than the front while maintaining the sensitivity in the front direction, for example, as an example of h (θ, ω), the following can be given.
h (θ, ω) = 0.5 (1-cos (θ))

そこで、信号処理部14から出力される収音信号として、θ=0°, θ,θ,…,180°の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)と、θ=0°, θ,θ,…,180°の目標特性ベクトルD(ω)の2乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルW(ω)として、
W(ω)=(G(ω)G(ω))-1G(ω)(D(ω)-M(ω))
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Hは、エルミート転置行列を表わす。
Therefore, as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 14, the final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency of θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° and θ = 0 °, θ 1 , Θ 2 , ..., To minimize the squared error of the target characteristic vector D (ω) at 180 °, use the transfer function vector W (ω) of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone.
W (ω) = (G (ω) HG (ω)) -1 G (ω) H (D (ω) -M (ω))
A digital filter processing having a transfer function is performed. Here, H represents the Hermitian transpose matrix.

本手法を用いてフィルタを設計した場合には、θ=180°方向だけでなく、ある程度幅を持った方向で感度指向特性を抑圧することができる。ただし、先に述べたように正面方向θ=0°と背面方向θ=180°のみを規定した場合のほうが、θ=180°方向の感度の抑圧量は向上することに加え、低い周波数帯域においては、ある程度の角度範囲においても抑圧効果が高くなる傾向にある。 When the filter is designed using this method, the sensitivity directional characteristic can be suppressed not only in the direction of θ = 180 ° but also in the direction having a certain width. However, as described above, when only the front direction θ = 0 ° and the back direction θ = 180 ° are specified, the suppression amount of the sensitivity in the θ = 180 ° direction is improved and in the low frequency band. Tends to have a high suppression effect even in a certain angle range.

図2(a)乃至図2(k)に70cm長の音響管を使用し、副マイクロホンを3個使用した場合の、主マイクロホン12の指向性方向(前方正面方向)をθ=0°として0°≦θ≦360°(即ち、0°≦|θ|≦180°)に関する感度指向特性のシミュレーション結果を示す。図2(a)乃至図2(k)において、図示するD1の特性は、背面抑圧処理を加えていない場合の感度指向特性であり、図示するD2の特性は、背面感度抑圧処理を加えた場合の感度指向特性である。周波数によって範囲は異なるが、θ=60°~300°で感度が抑圧されていることがわかる。 When a 70 cm long acoustic tube is used in FIGS. 2 (a) and 2 (k) and three sub-microphones are used, the directivity direction (front front direction) of the main microphone 12 is set to θ = 0 ° and 0. The simulation result of the sensitivity directivity with respect to ° ≤ θ ≤ 360 ° (that is, 0 ° ≤ | θ | ≤ 180 °) is shown. In FIGS. 2 (a) and 2 (k), the characteristic of D1 shown is a sensitivity-oriented characteristic when the back surface suppression process is not applied, and the characteristic of D2 shown is the case where the back surface sensitivity suppression process is applied. This is the sensitivity-oriented characteristic of. Although the range differs depending on the frequency, it can be seen that the sensitivity is suppressed at θ = 60 ° to 300 °.

従って、図1に示す例では、信号処理部14は、n=2とする第1フィルタ141及び第2フィルタ142によって、第1及び第2副マイクロホン13a,13bから得られるデジタル出力信号に対し上記のW(ω)となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施し、主マイクロホン12から得られるデジタル出力信号に対し遅延器145によって式(1)に従う遅延処理を施して、加算器146によって加算することにより、主マイクロホン12の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり背面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。Y(ω)とD(ω)の差が所定の規範で最小化するものであればフィルタの設計手法は問わない。 Therefore, in the example shown in FIG. 1, the signal processing unit 14 described above with respect to the digital output signals obtained from the first and second sub microphones 13a and 13b by the first filter 141 and the second filter 142 where n = 2. The digital output signal obtained from the main microphone 12 is subjected to the delay processing according to the equation (1) by the delay device 145, and added by the adder 146. Thereby, it is possible to generate a sound pickup signal in which the back sensitivity is suppressed with high accuracy over the entire audible frequency band without affecting the sensitivity directional characteristic in the front direction of the main microphone 12. The filter design method does not matter as long as the difference between Y (ω) and D (ω) is minimized according to a predetermined norm.

このようにして、第1実施形態の指向性マイクロホン10は、背面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。 In this way, the directional microphone 10 of the first embodiment can be configured as a directional microphone having a narrow directivity in the front direction in which the sensitivity in the back direction is suppressed in a wide band and with high accuracy.

〔第2実施形態〕(別例の背面感度抑圧型の指向性マイクロホン)
図3は、本発明による第2実施形態の指向性マイクロホン20の概略構成を示す図である。第2実施形態の指向性マイクロホン20は、背面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される点で第1実施形態と同様であるが、図1に示す信号処理部14にて遅延器145を用いる代わりにデジタルフィルタ処理を行う第3フィルタ245とする点で相違している。
[Second Embodiment] (Another example of a back-sensitivity suppression type directional microphone)
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the directional microphone 20 according to the second embodiment of the present invention. The directional microphone 20 of the second embodiment is similar to the first embodiment in that it is configured as a directional microphone of the back sensitivity suppression type, but the delay device 145 is used in the signal processing unit 14 shown in FIG. The difference is that the third filter 245, which performs digital filter processing, is used instead.

図3に示す指向性マイクロホン20は、音響管21を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン22と、音響管21の後端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第1副マイクロホン23aと、音響管21の先端近傍に配置した後方単一指向性を持つ第2副マイクロホン23bと、信号処理部24とを備える。信号処理部24は、第1フィルタ241、第2フィルタ242、第3フィルタ245、及び加算器246を備える。 The directional microphone 20 shown in FIG. 3 includes a main microphone 22 having an anterior narrow directivity using an acoustic tube 21, and a first sub-microphone 23a having a rear unidirectionality arranged near the rear end of the acoustic tube 21. A second sub-microphone 23b having rear unidirectional directivity arranged near the tip of the acoustic tube 21 and a signal processing unit 24 are provided. The signal processing unit 24 includes a first filter 241, a second filter 242, a third filter 245, and an adder 246.

第2実施形態における主マイクロホン22と音響管21とを併せて構成されるラインマイクロホンは、第1実施形態における主マイクロホン12と音響管11とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管21は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口21aを有している。 The line microphone composed of the main microphone 22 and the acoustic tube 21 in the second embodiment may be the same as the line microphone composed of the main microphone 12 and the acoustic tube 11 in the first embodiment. can. Therefore, the acoustic tube 21 is configured in the shape of a cylinder or a square cylinder having a predetermined length for obtaining narrow angle directivity only at high frequencies, and has a plurality of openings 21a for phase interference on its side surface at regular intervals. ing.

また、本実施形態においても、主マイクロホン22の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり背面感度を抑圧するために、音響管21の後端近傍、及び音響管21の先端近傍には、一般的にはマイクロホンカプセルと称される第1副マイクロホン23a、及び、第2副マイクロホン23bが設けられる。 Further, also in the present embodiment, in order to suppress the back sensitivity over the entire audible frequency band without affecting the sensitivity directivity in the front direction of the main microphone 22, the vicinity of the rear end of the acoustic tube 21 and the acoustic tube 21 A first sub-microphone 23a and a second sub-microphone 23b, which are generally called a microphone capsule, are provided in the vicinity of the tip of the microphone.

第1副マイクロホン23a、及び、第2副マイクロホン23bは、それぞれ主マイクロホン22の指向軸(前方指向方向を示す破線矢印)に対し180°逆方向(後方指向方向を示す破線矢印)に向く後方単一指向性を持つ。 The first sub-microphone 23a and the second sub-microphone 23b are rearward single facing 180 ° opposite to the directivity axis of the main microphone 22 (dashed arrow indicating the forward directivity direction) (dashed arrow indicating the backward directivity direction), respectively. Has unidirectionality.

本実施形態においても、第1副マイクロホン23a、及び、第2副マイクロホン23bの配置位置は、図示する例に限らず後述する信号処理部24の処理に応じて適宜調整した配置とすることができる。また、本実施形態の例では、第1及び第2副マイクロホン23a,23bの2個を使用する例を示しているが、1個としてもよいし、3個以上としてもよい。 Also in this embodiment, the arrangement positions of the first sub-microphone 23a and the second sub-microphone 23b are not limited to the illustrated examples, and may be appropriately adjusted according to the processing of the signal processing unit 24 described later. .. Further, in the example of the present embodiment, an example in which two of the first and second sub-microphones 23a and 23b are used is shown, but the number may be one or three or more.

主マイクロホン22の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ/デジタル(A/D)変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、信号処理部24における第3フィルタ245に入力される。同様に、第1及び第2副マイクロホン23a,23bの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、A/D変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、それぞれ信号処理部24における第1フィルタ241、及び第2フィルタ242に入力される。 The output signal of the main microphone 22 is amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an analog / digital (A / D) converter (the amplifier and the A / D converter are not shown). It is input to the third filter 245 in the signal processing unit 24. Similarly, the output signals of the first and second sub-microphones 23a and 23b are also amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an A / D converter (amplifier and A / D conversion). (Not shown in the device), are input to the first filter 241 and the second filter 242 in the signal processing unit 24, respectively.

第1フィルタ241は、第1副マイクロホン23aから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器246に出力する。 The first filter 241 applies a filter process to cancel the response in the back direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the first sub microphone 23a, and outputs the digital output signal to the adder 246.

第2フィルタ242は、第2副マイクロホン23bから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器246に出力する。 The second filter 242 applies a filter process to cancel the response in the back direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the second sub microphone 23b, and outputs the digital output signal to the adder 246.

主マイクロホン22から得られるデジタル出力信号に対し、正面方向の周波数特性を補償するフィルタ処理を施して、加算器246に出力する。 The digital output signal obtained from the main microphone 22 is subjected to a filter process for compensating for the frequency characteristic in the front direction, and is output to the adder 246.

加算器246は、第3フィルタ245、第1フィルタ241、及び第2フィルタ242を経てそれぞれ得られる主マイクロホン22、第1及び第2副マイクロホン23a,23bのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。 The adder 246 inputs and adds the digital output signals of the main microphone 22, the first and second sub microphones 23a, 23b obtained through the third filter 245, the first filter 241 and the second filter 242, respectively. As a result, a sound pickup signal with suppressed back sensitivity is generated and output to the outside.

ここで、より詳細に、第1フィルタ241、第2フィルタ242、及び第3フィルタ245に関するフィルタ処理について説明する。 Here, the filter processing relating to the first filter 241 and the second filter 242, and the third filter 245 will be described in more detail.

主マイクロホン22に、音響管21を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をm(θ,ω)とする。 Let m (θ, ω) be the transmission function when a sound wave having a frequency ω is incident on the main microphone 22 from the direction of the directing angle θ via the acoustic tube 21.

また、n個(n≧1)の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれg(θ,ω),g(θ,ω),・・・,g(θ,ω)とし、本実施形態では主マイクロホンの伝達関数m(θ,ω)の出力信号と、このn個の副マイクロホンの各出力信号とを、総じて出力信号ベクトルG(θ,ω)とし、さらに、指向角度θ=0°の方向とθ=180°の方向における出力信号ベクトルを総じてG(ω)=[G(0,ω),G(180,ω)]とする。本実施形態の例ではn=2の第1及び第2副マイクロホン23a,23bであるが、n個の副マイクロホンとして一般化できる。 Further, each output signal of n (n ≧ 1) sub-microphones is g 1 (θ, ω), g 2 (θ, ω), ..., G n (θ, ω), respectively, and this embodiment. Then, the output signal of the transmission function m (θ, ω) of the main microphone and each output signal of the n sub-microphones are generally set as the output signal vector G (θ, ω), and the directing angle θ = 0 °. The output signal vectors in the direction of and the direction of θ = 180 ° are generally G (ω) = [G (0, ω), G (180, ω)] T. In the example of this embodiment, the first and second sub-microphones 23a and 23b with n = 2 can be generalized as n sub-microphones.

また、主マイクロホン22及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数をW(ω)=[w(ω),w(ω),・・・,wn+1(ω)]とする。尚、Tは転置行列を表す。本実施形態の例では、1個の主マイクロホン22用の第3フィルタ245と、n=2とする第1フィルタ241及び第2フィルタ242であるが、n+1個のフィルタとして一般化できる。 Further, the transfer function of the filter that processes the digital output signals of the main microphone 22 and each sub microphone is W (ω) = [w 1 (ω), w 2 (ω), ..., w n + 1 (ω)] T. And. Note that T represents a transposed matrix. In the example of the present embodiment, the third filter 245 for one main microphone 22 and the first filter 241 and the second filter 242 with n = 2 can be generalized as n + 1 filters.

まず、信号処理部24における指向角度θ=0°の方向とθ=180°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)=[y(0,ω),y(180,ω)]は、主マイクロホン22及び各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号をベクトル加算したベクトルG(ω)W(ω)として、式(5)で表すことができる。 First, the final output vector Y (ω) = [y (0, ω), y (180, ω)] T at an arbitrary frequency in the direction of the directivity angle θ = 0 ° and the direction of θ = 180 ° in the signal processing unit 24. Can be expressed by the equation (5) as a vector G (ω) W (ω) obtained by vector-adding the filtered digital output signals of the main microphone 22 and each sub microphone.

Figure 0007075188000005
Figure 0007075188000005

ところで、主マイクロホン22の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部24における指向角度θ=0°の方向とθ=180°の方向の最終出力の目標特性ベクトルD(ω)=[d(0,ω),d(180,ω)]は、式(6)で表される。ここで、d(0,ω),d(180,ω)は、それぞれ目標とする正面方向の感度指向特性及び背面方向の感度指向特性である。 By the way, in order to suppress the back sensitivity over the entire audible frequency band without affecting the sensitivity directional characteristic in the front direction of the main microphone 22, the direction of the directional angle θ = 0 ° and θ = 180 ° in the signal processing unit 24. The target characteristic vector D (ω) = [d (0, ω), d (180, ω)] T of the final output in the direction of is expressed by the equation (6). Here, d (0, ω) and d (180, ω) are the target sensitivity-oriented characteristics in the front direction and the sensitivity-oriented characteristics in the back direction, respectively.

Figure 0007075188000006
Figure 0007075188000006

そこで、信号処理部24から出力される収音信号として、θ=0°,180°の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)と、θ=0°,180°の目標特性ベクトルD(ω)の2乗誤差を最小とするには、主マイクロホン22及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルW(ω)として、
W(ω)=(G(ω)G(ω))-1G(ω)D(ω)
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Hは、エルミート転置行列を表わす。
Therefore, as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 24, the final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency of θ = 0 ° and 180 ° and the target characteristic vector D (ω) of θ = 0 ° and 180 °. To minimize the squared error of, the transfer function vector W (ω) of the filter that processes the digital output signals of the primary microphone 22 and each sub microphone is used.
W (ω) = (G (ω) HG (ω)) -1 G (ω) HD (ω)
A digital filter processing having a transfer function is performed. Here, H represents the Hermitian transpose matrix.

ここで、フィルタ設計の別の一例について説明する。 Here, another example of filter design will be described.

主マイクロホン22に、音響管21を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をm(θ,ω)とする。 Let m (θ, ω) be the transmission function when a sound wave having a frequency ω is incident on the main microphone 22 from the direction of the directing angle θ via the acoustic tube 21.

また、n個(n≧1)の副マイクロホンの各出力信号をそれぞれg(θ,ω),g(θ,ω),・・・,g(θ,ω)とし、総じてn個の副マイクロホンの出力信号ベクトルG(θ,ω)とし、さらに、指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてG(ω)=[G(0,ω),G(θ,ω),G(θ,ω),…,G(180,ω)]とする。本実施形態の例ではn=2の第1及び第2副マイクロホン23a,23bであるが、n個の副マイクロホンとして一般化できる。 Further, each output signal of n (n ≧ 1) sub-microphones is g 1 (θ, ω), g 2 (θ, ω), ..., G n (θ, ω), respectively, and n pieces in total. The output signal vector G (θ, ω) of the sub-microphone, and the output signal vector of the sub-microphone in the directions of the directing angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° are generally G (ω) =. [G (0, ω), G (θ 1 , ω), G (θ 2 , ω), ..., G (180, ω)] T. In the example of this embodiment, the first and second sub-microphones 23a and 23b with n = 2 can be generalized as n sub-microphones.

また、主マイクロホン22及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数をW(ω)=[w(ω),w(ω),・・・,wn+1(ω)]とする。尚、Tは転置行列を表す。本実施形態の例では、1個の主マイクロホン22用の第3フィルタ245と、n=2とする第1フィルタ241及び第2フィルタ242であるが、n+1個のフィルタとして一般化できる。 Further, the transfer function of the filter that processes the digital output signals of the main microphone 22 and each sub microphone is W (ω) = [w 1 (ω), w 2 (ω), ..., w n + 1 (ω)] T. And. Note that T represents a transposed matrix. In the example of the present embodiment, the third filter 245 for one main microphone 22 and the first filter 241 and the second filter 242 with n = 2 can be generalized as n + 1 filters.

まず、信号処理部14における指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)=[y(0,ω),y(θ,ω),y(θ,ω),…,y(180,ω)]は、主マイクロホン22のフィルタ処理後の出力信号ベクトルM(ω)と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルG(ω)W(ω)とを加算して、式(7)で表すことができる。
First, the final output vector Y (ω) = [y (0, ω), y (θ 1 ) at an arbitrary frequency in the direction of the directivity angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° in the signal processing unit 14. , Ω), y (θ 2 , ω), ..., y (180, ω)] T is the output signal vector M (ω) after filtering of the main microphone 22 and the digital after filtering of each sub-microphone. It can be expressed by the equation (7) by adding the output signal vectors G (ω) W (ω).

Figure 0007075188000007
Figure 0007075188000007

ところで、主マイクロホン22のある特定方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴帯域全体にわたり背面感度を抑圧するには、信号処理部24における指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の最終出力の目標特性ベクトルD(ω)=[d(0,ω),d(θ,ω),d(θ,ω),…,d(180,ω)]を、式(8)とする。ここで、d(0,ω),d(θ,ω),d(θ,ω),…,d(180,ω)は、それぞれθ=0°, θ,θ,…,180°の方向の目標とする感度指向特性であり、h(θ,ω)は方向ごとの目標抑圧量の重みを表している。h(θ,ω)は0≦h(θ,ω)≦1の範囲の値をとり、h(θ,ω)の値が0に近いほど、目標抑圧量が大きいことを表している。 By the way, in order to suppress the back sensitivity over the entire audible band without affecting the sensitivity directional characteristic of the main microphone 22 in a specific direction, the directional angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 in the signal processing unit 24, …, Target characteristic vector D (ω) = [d (0, ω), d (θ 1 , ω), d (θ 2 , ω),…, d (180, ω) of the final output in the direction of 180 ° ] Let T be the equation (8). Here, d (0, ω), d (θ 1 , ω), d (θ 2 , ω), ..., D (180, ω) are θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , respectively. It is a sensitivity-directed characteristic targeted at a direction of 180 °, and h (θ, ω) represents the weight of the target suppression amount for each direction. h (θ, ω) takes a value in the range of 0 ≦ h (θ, ω) ≦ 1, and the closer the value of h (θ, ω) is to 0, the larger the target suppression amount.

Figure 0007075188000008
Figure 0007075188000008

正面方向の感度を保ったまま、正面以外の方向の感度を抑圧する目的であれば、たとえばh(θ,ω)の一例として、以下のように与えることができる。
h(θ,ω)=0.5(1-cos(θ))
For the purpose of suppressing the sensitivity in a direction other than the front while maintaining the sensitivity in the front direction, for example, as an example of h (θ, ω), the following can be given.
h (θ, ω) = 0.5 (1-cos (θ))

そこで、信号処理部24から出力される収音信号として、θ=0°, θ,θ,…,180°の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)と、θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の目標特性ベクトルD(ω)の2乗誤差を最小とするには、主マイクロホン22及び各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルW(ω)として、
W(ω)=(G(ω)G(ω))-1G(ω)D(ω)
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Hは、エルミート転置行列を表わす。
Therefore, as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 24, the final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency of θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° and θ = 0 °, θ 1 , Θ 2 , ..., To minimize the squared error of the target characteristic vector D (ω) in the direction of 180 °, the transfer function vector W of the filter that processes the digital output signals of the primary microphone 22 and each sub-microphone ( As ω),
W (ω) = (G (ω) HG (ω)) -1 G (ω) HD (ω)
A digital filter processing having a transfer function is performed. Here, H represents the Hermitian transpose matrix.

本手法を用いてフィルタを設計した場合には、θ=180°方向だけでなく、ある程度幅を持った方向で感度指向特性を抑圧することができる。ただし、先に述べたように正面方向θ=0°と背面方向θ=180°のみを規定した場合のほうが、θ=180°方向の感度の抑圧量は向上することに加え、低い周波数帯域においては、ある程度の角度範囲においても抑圧効果が高くなる傾向にある。 When the filter is designed using this method, the sensitivity directional characteristic can be suppressed not only in the direction of θ = 180 ° but also in the direction having a certain width. However, as described above, when only the front direction θ = 0 ° and the back direction θ = 180 ° are specified, the suppression amount of the sensitivity in the θ = 180 ° direction is improved and in the low frequency band. Tends to have a high suppression effect even in a certain angle range.

従って、図3に示す例では、信号処理部24は、第3フィルタ245と、n=2とする第1フィルタ241及び第2フィルタ242によって、主マイクロホン22と第1及び第2副マイクロホン23a,23bからそれぞれ得られるデジタル出力信号に対し上記のW(ω)となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施して、加算器246によって加算することにより、主マイクロホン22の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域にわたり背面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。Y(ω)とD(ω)の差が所定の規範で最小化するものであればフィルタの設計手法は問わない。 Therefore, in the example shown in FIG. 3, the signal processing unit 24 uses the third filter 245 and the first filter 241 and the second filter 242 in which n = 2, so that the main microphone 22 and the first and second sub microphones 23a, The digital output signals obtained from 23b are subjected to the above-mentioned digital filter processing having a transmission function of W (ω), and the addition is performed by the adder 246, which affects the sensitivity directional characteristics in the front direction of the main microphone 22. It is possible to generate a sound pickup signal in which the back sensitivity is suppressed with high accuracy over the audible frequency band without giving. The filter design method does not matter as long as the difference between Y (ω) and D (ω) is minimized according to a predetermined norm.

このようにして、第2実施形態の指向性マイクロホン20は、背面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。 In this way, the directional microphone 20 of the second embodiment can be configured as a directional microphone having a narrow directivity in the front direction in which the sensitivity in the back direction is suppressed in a wide band and with high accuracy.

〔第3実施形態〕(ドーナツ型の指向性マイクロホン)
図4(a),(b)は、それぞれ本発明による第3実施形態の指向性マイクロホン30の概略構成と、その指向性マイクロホンの指向性特性を示す図である。第3実施形態の指向性マイクロホン30は、ドーナツ型の指向性マイクロホンとして構成される。
[Third Embodiment] (Donut-shaped directional microphone)
4 (a) and 4 (b) are diagrams showing the schematic configuration of the directional microphone 30 according to the third embodiment of the present invention and the directional characteristics of the directional microphone, respectively. The directional microphone 30 of the third embodiment is configured as a donut-shaped directional microphone.

図4(a)に示す指向性マイクロホン30は、互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホン(後方単一指向特性を持つ第1マイクロホン33a、及び前方単一指向特性を持つ第3マイクロホン33c)と、第1マイクロホン33a及び第3マイクロホン33c間に配置される全指向性を持つ第2マイクロホン33bと、信号処理部34とを備える。信号処理部34は、第1フィルタ341、第2フィルタ342、第3フィルタ343、及び加算器346を備える。第1乃至第3マイクロホン33a~33cは、一般的にマイクロホンカプセルと称される。 The directional microphone 30 shown in FIG. 4A is a pair of unidirectional microphones (a first microphone 33a having a rear unidirectional characteristic and a front unidirectional characteristic) that are brought close to each other with their opposite directivity directions facing each other. The third microphone 33c), the second microphone 33b having omnidirectionality arranged between the first microphone 33a and the third microphone 33c, and the signal processing unit 34 are provided. The signal processing unit 34 includes a first filter 341, a second filter 342, a third filter 343, and an adder 346. The first to third microphones 33a to 33c are generally referred to as microphone capsules.

信号処理部34は、第1フィルタ341、第2フィルタ342、第3フィルタ343により第1乃至第3マイクロホン33a~33cの各出力信号に対しそれぞれ帯域制限するローパスフィルタ処理を施し、加算器346により加算処理を行うよう構成される。 The signal processing unit 34 performs low-pass filter processing for band-limiting each output signal of the first to third microphones 33a to 33c by the first filter 341, the second filter 342, and the third filter 343, and by the adder 346. It is configured to perform addition processing.

まず、一対の単一指向性マイクロホン(後方単一指向特性を持つ第1マイクロホン33a、及び前方単一指向特性を持つ第3マイクロホン33c)の感度指向特性Dcardioid(θ)は、前方正面θ=0°とすると、全指向性と双指向性の線形和として、
cardioid(θ)=a・(1+cosθ)
により表すことができる。ここで、定数aは、正面方向の感度を示している。
First, the sensitivity directional characteristic D cardioid (θ) of the pair of unidirectional microphones (the first microphone 33a having the rear unidirectional characteristic and the third microphone 33c having the anterior unidirectional characteristic) is the front front θ =. Assuming 0 °, the linear sum of omnidirectional and bidirectional
D cardioid (θ) = a · (1 + cosθ)
Can be represented by. Here, the constant a indicates the sensitivity in the front direction.

また、全指向性を持つ第2マイクロホン33bは、方向に依らず一定の感度指向特性Domni(θ)を持つため、
omni(θ)=a
として、定数aで表すことができる。
Further, since the second microphone 33b having omnidirectionality has a constant sensitivity directivity characteristic Domni (θ) regardless of the direction,
Domni (θ) = a
Can be represented by a constant a.

そこで、図4(a)に示す信号処理部34では、第1乃至第3フィルタ341~343の各々により第1乃至第3マイクロホン33a~33cの各出力信号に対しそれぞれ帯域制限するローパスフィルタ処理を施して加算器346に出力する。 Therefore, in the signal processing unit 34 shown in FIG. 4A, a low-pass filter process for band-limiting each output signal of the first to third microphones 33a to 33c by each of the first to third filters 341 to 343 is performed. And output to the adder 346.

加算器346は、一対の単一指向性マイクロホン(第1及び第3マイクロホン33a,33c)の当該ローパスフィルタ処理後の各出力信号と、全指向性マイクロホン(第2マイクロホン33b)の当該ローパスフィルタ処理後の出力信号との差を一旦計算して逆位相の双指向性を持つ信号を得て、更にこの信号に対し当該一対の単一指向性マイクロホンの当該ローパスフィルタ処理後の出力信号を加算して、側方に双指向性を持つ感度指向性特性Dcos2(θ)=a・cos(θ)を得て、更に、この感度指向性特性Dcos2(θ)を全指向性マイクロホン(第2マイクロホン33b)の当該ローパスフィルタ処理後の出力信号から差分して、一対の単一指向性マイクロホンの指向軸に対して垂直なドーナツ型の指向性を持つ感度指向性特性Dsin2(θ)=a-a・cos(θ)=a・sin(θ)の出力信号を生成し、これを収音信号として外部に出力する。 The adder 346 includes each output signal of the pair of unidirectional microphones (first and third microphones 33a, 33c) after the low-pass filter processing, and the omnidirectional microphone (second microphone 33b) of the low-pass filter processing. The difference from the later output signal is once calculated to obtain a signal with anti-phase bidirectionality, and the output signal of the pair of unidirectional microphones after the low-pass filter processing is added to this signal. Then, the sensitivity directivity characteristic D cos2 (θ) = a · cos 2 (θ) having bidirectionality on the side is obtained, and further, this sensitivity directivity characteristic D cos2 (θ) is used as an omnidirectional microphone (No. 1). 2 Sensitivity directivity characteristic D sin2 (θ) = which has a donut-shaped directivity perpendicular to the directivity axis of a pair of unidirectional microphones, which is different from the output signal of the microphone 33b) after the low-pass filter processing. An output signal of a · cos 2 (θ) = a · sin 2 (θ) is generated, and this is output to the outside as a sound pickup signal.

これにより、図4(b)に示すように、X軸を前方正面θ=0°とすると、Z軸方向の感度を抑圧したドーナツ型の指向性マイクロホンを構成することができる。尚、本例では、ローパスフィルタ処理を伴う加算器346として説明したが、後述する第4実施形態で明らかとなるように、正面方向、側面方向及び背面方向の周波数特性を補償するフィルタ処理を伴う加算器として構成することもできる。 As a result, as shown in FIG. 4B, when the X-axis is the front front θ = 0 °, a donut-shaped directional microphone with suppressed sensitivity in the Z-axis direction can be configured. In this example, the adder 346 with the low-pass filter processing has been described, but as will be clarified in the fourth embodiment described later, the filter processing for compensating the frequency characteristics in the front direction, the side direction, and the back direction is included. It can also be configured as an adder.

このようにして、第3実施形態の指向性マイクロホン30は、ドーナツ型の指向性マイクロホンとして構成することができ、例えば複数人で囲まれるテーブル上に、当該複数人の口元の高さで第3実施形態の指向性マイクロホン30を載置しておくと、当該複数人の音声を収音しつつ、その他の余分な音声(例えば当該複数人が書面を扱う際に生じる書面の擦れ音、椅子等の擦れ音、或いは空調等の機械音)を抑圧し、当該複数人の音声について明瞭な収音信号が得られるようになる。 In this way, the directional microphone 30 of the third embodiment can be configured as a donut-shaped directional microphone, for example, on a table surrounded by a plurality of people, at the height of the mouths of the plurality of people. When the directional microphone 30 of the embodiment is placed, while collecting the sounds of the plurality of persons, other extra sounds (for example, the rubbing sound of the document generated when the plurality of persons handle the document, the chair, etc.) are placed. (Rubbing noise or mechanical noise such as air conditioning) is suppressed, and a clear sound pickup signal can be obtained for the voices of the plurality of people.

〔第4実施形態〕(側面感度抑圧型の指向性マイクロホン)
図5は、本発明による第4実施形態の指向性マイクロホン40の概略構成を示す図である。第4実施形態の指向性マイクロホン40は、側面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される。
[Fourth Embodiment] (Side-sensitivity suppression type directional microphone)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the directional microphone 40 according to the fourth embodiment of the present invention. The directional microphone 40 of the fourth embodiment is configured as a side sensitivity suppressing type directional microphone.

図5に示す指向性マイクロホン40は、音響管41を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン42と、音響管41の後端近傍に配置した互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性副マイクロホン(後方単一指向特性を持つ第1副マイクロホン43a、及び前方単一指向特性を持つ第3副マイクロホン43c)と、第1副マイクロホン43a及び第3副マイクロホン43c間に配置される全指向性を持つ第2副マイクロホン43bと、信号処理部44とを備える。信号処理部44は、第1フィルタ441、第2フィルタ442、第3フィルタ443、遅延器445、及び加算器446を備える。 The directional microphone 40 shown in FIG. 5 is a pair of a main microphone 42 having a forward narrow directivity using an acoustic tube 41 and a pair arranged in the vicinity of the rear end of the acoustic tube 41 and brought close to each other in opposite directivity directions. Between the unidirectional sub-microphone (the first sub-microphone 43a having the rear unidirectional characteristic and the third sub-microphone 43c having the anterior unidirectional characteristic) and the first sub-microphone 43a and the third sub-microphone 43c. It includes a second sub-microphone 43b having omnidirectional arrangement and a signal processing unit 44. The signal processing unit 44 includes a first filter 441, a second filter 442, a third filter 443, a delay device 445, and an adder 446.

ここで、第4実施形態の指向性マイクロホン40における第1乃至第3副マイクロホン43a~43cは、それぞれ第3実施形態の指向性マイクロホン30における第1乃至第3マイクロホン33a~33cと同様に構成される。 Here, the first to third sub-microphones 43a to 43c in the directional microphone 40 of the fourth embodiment are configured in the same manner as the first to third microphones 33a to 33c in the directional microphone 30 of the third embodiment, respectively. To.

また、第4実施形態の指向性マイクロホン40における主マイクロホン42と音響管41とを併せて構成されるラインマイクロホンは、第1実施形態における主マイクロホン12と音響管11とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管41は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔の位相干渉用の複数の開口41aを有している。 Further, the line microphone in which the main microphone 42 and the acoustic tube 41 in the directional microphone 40 of the fourth embodiment are combined is a line in which the main microphone 12 and the acoustic tube 11 in the first embodiment are combined. It can be similar to a microphone. Therefore, the acoustic tube 41 is configured in the shape of a cylinder or a square cylinder having a predetermined length for obtaining narrow angle directivity only at high frequencies, and has a plurality of openings 41a for phase interference at regular intervals on its side surface. ing.

第4実施形態の指向性マイクロホン40は、主マイクロホン42と音響管41とを併せて構成されるラインマイクロホンと、側方感度を抑圧するために第3実施形態にて説明したドーナツ型の指向性マイクロホンとを組み合わせることにより、側面感度抑圧型の正面方向に狭指向性を持つ狭指向性マイクロホンとして構成される。 The directional microphone 40 of the fourth embodiment is a line microphone composed of a main microphone 42 and an acoustic tube 41, and a donut-shaped directivity described in the third embodiment in order to suppress lateral sensitivity. By combining with a microphone, it is configured as a narrow directivity microphone having a narrow directivity in the front direction of a side sensitivity suppression type.

主マイクロホン42の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ/デジタル(A/D)変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、信号処理部44における遅延器445に入力される。同様に、第1乃至第3副マイクロホン43a~43cの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、A/D変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、それぞれ信号処理部44における第1乃至第3フィルタ441~443に入力される。 The output signal of the main microphone 42 is amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an analog / digital (A / D) converter (the amplifier and the A / D converter are not shown). It is input to the delay device 445 in the signal processing unit 44. Similarly, each output signal of the first to third sub microphones 43a to 43c is also amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an A / D converter (amplifier and A / D conversion). (Not shown in the device) are input to the first to third filters 441 to 443 in the signal processing unit 44, respectively.

第1フィルタ441は、第1副マイクロホン43aから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンの側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器446に出力する。 The first filter 441 applies a filter process to cancel the response in the lateral direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the first sub microphone 43a, and outputs the digital output signal to the adder 446.

第2フィルタ442は、第2副マイクロホン43bから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンの側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器446に出力する。 The second filter 442 applies a filter process to cancel the response in the lateral direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the second sub microphone 43b, and outputs the digital output signal to the adder 446.

第3フィルタ443は、第3副マイクロホン43cから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンの側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器446に出力する。 The third filter 443 performs a filter process for canceling the response in the lateral direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the third sub microphone 43c, and outputs the digital output signal to the adder 446.

遅延器445は、第1乃至第3フィルタ441~443によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン42から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器446に出力する。 The delay device 445 performs delay processing on the digital output signal obtained from the main microphone 42 so as to compensate for the delay amount generated by the filter processing by the first to third filters 441 to 443, and outputs the delay process to the adder 446. ..

加算器446は、遅延器445、第1乃至第3フィルタ441~443を経てそれぞれ得られる主マイクロホン42、第1乃至第3副マイクロホン43a~43cのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、側面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。 The adder 446 inputs and adds the digital output signals of the main microphone 42 and the first to third sub microphones 43a to 43c obtained through the delay device 445 and the first to third filters 441 to 443, respectively. , Generates a sound pickup signal with suppressed side sensitivity and outputs it to the outside.

ここで、より詳細に、第1乃至第3フィルタ441~443に関するフィルタ処理について説明する。 Here, the filter processing relating to the first to third filters 441 to 443 will be described in more detail.

主マイクロホン42に、音響管41を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をm(θ,ω)とする。 Let m (θ, ω) be the transmission function when a sound wave having a frequency ω is incident on the main microphone 42 from the direction of the directing angle θ via the acoustic tube 41.

また、第1乃至第3副マイクロホン43a~43cに、指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をそれぞれ、gside1(θ,ω),gside2(θ,ω),gside3(θ,ω)とし、総じて副マイクロホンの出力信号ベクトルGside(ω)とし、さらに、指向角度θ=0°の方向とθ=90°の方向とθ=180°の方向における出力信号ベクトルを総じてGside(ω)=[Gside(0,ω),Gside(90,ω),Gside(180,ω)]とする。 Further, the transmission functions when a sound wave having a frequency ω is incident on the first to third sub-microphones 43a to 43c from the direction of the directing angle θ are g side1 (θ, ω), g side2 (θ, ω), respectively. g side3 (θ, ω), the output signal vector G side (ω) of the sub-microphone, and the output signal in the direction of the directing angle θ = 0 °, the direction of θ = 90 °, and the direction of θ = 180 °. Let the vector as a whole be G side (ω) = [G side (0, ω), G side (90, ω), G side (180, ω)] T.

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数をWside(ω)=[wside1(ω),wside2(ω),wside3(ω)]とする。尚、Tは転置行列を表す。 Further, the transfer function of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone is W side (ω) = [w side1 (ω), w side2 (ω), w side3 (ω)] T. Note that T represents a transposed matrix.

まず、信号処理部44における指向角度θ=0°の方向とθ=90°の方向とθ=180°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)=[y(0,ω),y(90,ω),y(180,ω)]は、主マイクロホン42の遅延処理後の出力信号ベクトルMside(ω)と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルGside(ω)Wside(ω)とをベクトル加算して、式(9)で表すことができる。 First, the final output vector Y (ω) = [y (0, ω), y at an arbitrary frequency in the direction of the directivity angle θ = 0 °, the direction of θ = 90 °, and the direction of θ = 180 ° in the signal processing unit 44. (90, ω), y (180, ω)] T is the output signal vector M side (ω) after the delay processing of the main microphone 42 and the digital output signal vector G side (ω) after the filtering processing of each sub microphone. ) W side (ω) can be added by a vector and expressed by the equation (9).

Figure 0007075188000009
Figure 0007075188000009

ところで、主マイクロホン42の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり側面感度を抑圧するには、信号処理部44における指向角度θ=0°の方向とθ=90°の方向とθ=180°の方向の最終出力の目標特性ベクトルDside(ω)=[d(0,ω),d(90,ω),d(180,ω)]は、式(10)で表される。ここで、d(0,ω),d(90,ω),d(180,ω)は、それぞれ目標とする正面方向の感度指向特性、側面方向の感度指向特性及び背面方向の感度指向特性である。 By the way, in order to suppress the lateral sensitivity over the entire audible frequency band without affecting the sensitivity directional characteristic in the front direction of the main microphone 42, the direction of the directional angle θ = 0 ° and θ = 90 ° in the signal processing unit 44. The target characteristic vector D side (ω) = [d (0, ω), d (90, ω), d (180, ω)] T of the final output in the direction of and the direction of θ = 180 °. ). Here, d (0, ω), d (90, ω), and d (180, ω) are the target front-direction sensitivity directional characteristics, side-side sensitivity directional characteristics, and back-side sensitivity directional characteristics, respectively. be.

Figure 0007075188000010
Figure 0007075188000010

そこで、信号処理部44から出力される収音信号として、θ=0°,90°,180°の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)と、θ=0°,90°,180°の目標特性ベクトルDside(ω)の2乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルW(ω)として、
side(ω)=(Gside(ω)side(ω))-1side(ω)(Dside(ω)-Mside(ω))
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Hは、エルミート転置行列を表わす。
Therefore, as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 44, the final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency of θ = 0 °, 90 °, 180 ° and the target of θ = 0 °, 90 °, 180 °. To minimize the squared error of the characteristic vector D side (ω), use the transfer function vector W (ω) of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone.
W side (ω) = (G side (ω) HG side (ω)) -1 G side (ω) H (D side (ω) -M side (ω))
A digital filter processing having a transfer function is performed. Here, H represents the Hermitian transpose matrix.

ここで、フィルタ設計の別の一例について説明する。 Here, another example of filter design will be described.

主マイクロホン42に、音響管41を経て指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をm(θ,ω)とする。 Let m (θ, ω) be the transmission function when a sound wave having a frequency ω is incident on the main microphone 42 from the direction of the directing angle θ via the acoustic tube 41.

また、第1乃至第3副マイクロホン43a~43cに、指向角度θの方向から周波数ωの音波が入射したときの伝達関数をそれぞれ、gside1(θ,ω),gside2(θ,ω),gside3(θ,ω)とし、総じて副マイクロホンの出力信号ベクトルGside(ω)とし、さらに、指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向における副マイクロホンの出力信号ベクトルを総じてGside(ω)=[Gside(0,ω),Gside(θ,ω),Gside(θ,ω),…,Gside(180,ω)]とする。 Further, the transmission functions when a sound wave having a frequency ω is incident on the first to third sub-microphones 43a to 43c from the direction of the directing angle θ are g side1 (θ, ω), g side2 (θ, ω), respectively. g side3 (θ, ω), the output signal vector of the sub-microphone G side (ω), and the output signal of the sub-microphone in the direction of the directing angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 °. The vectors are generally G side (ω) = [G side (0, ω), G side1 , ω), G side2 , ω), ..., G side (180, ω)] T.

また、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルをWside(ω)=[wside1(ω),wside2(ω),wside3(ω)]とする。尚、Tは転置行列を表す。 Further, the transfer function vector of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone is W side (ω) = [w side1 (ω), w side2 (ω), w side3 (ω)] T. Note that T represents a transposed matrix.

まず、信号処理部44における指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)=[y(0,ω),y(θ,ω),y(θ,ω),…,y(180,ω)]は、主マイクロホン42の遅延処理後の出力信号ベクトルM(ω)と、各副マイクロホンのフィルタ処理後のデジタル出力信号ベクトルG(ω)W(ω)とを加算して、式(11)で表すことができる。 First, the final output vector Y (ω) = [y (0, ω), y (θ 1 ) at an arbitrary frequency in the direction of the directing angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° in the signal processing unit 44. , Ω), y (θ 2 , ω), ..., y (180, ω)] T is the output signal vector M (ω) after the delay processing of the main microphone 42 and the digital after the filtering processing of each sub microphone. It can be expressed by the equation (11) by adding the output signal vectors G (ω) W (ω).

Figure 0007075188000011
Figure 0007075188000011

ところで、主マイクロホン42の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり側面感度を抑圧するには、信号処理部44における指向角度θ=0°, θ,θ,…,180°の方向の最終出力の目標特性ベクトルD(ω)=[d(0,ω),d(θ,ω),d(θ,ω),…,d(180,ω)]を、式(12)とする。ここで、d(0,ω),d(θ,ω),d(θ,ω),…,d(180,ω)は、それぞれθ=0°, θ,θ,…,180°の方向の目標とする感度指向特性であり、h(θ,ω)は方向ごとの目標抑圧量の重みを表している。h(θ,ω)は0≦h(θ,ω)≦1の範囲の値をとり、h(θ,ω)の値が0に近いほど、目標抑圧量が大きいことを表している。 By the way, in order to suppress the lateral sensitivity over the entire audible frequency band without affecting the sensitivity directional characteristic in the front direction of the main microphone 42, the directional angles θ = 0 °, θ 1 , θ 2 in the signal processing unit 44, …, Target characteristic vector D (ω) = [d (0, ω), d (θ 1 , ω), d (θ 2 , ω),…, d (180, ω) of the final output in the direction of 180 ° ] Let T be the equation (12). Here, d (0, ω), d (θ 1 , ω), d (θ 2 , ω), ..., D (180, ω) are θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , respectively. It is a sensitivity-directed characteristic targeted at a direction of 180 °, and h (θ, ω) represents the weight of the target suppression amount for each direction. h (θ, ω) takes a value in the range of 0 ≦ h (θ, ω) ≦ 1, and the closer the value of h (θ, ω) is to 0, the larger the target suppression amount.

Figure 0007075188000012
Figure 0007075188000012

正面方向の感度を保ったまま、側面方向の感度を抑圧する目的であれば、たとえばh(θ,ω)の一例として、以下のように与えることができる。
h(θ,ω)=sin(θ)|m(90,ω)|/|m(θ,ω)|
For the purpose of suppressing the sensitivity in the lateral direction while maintaining the sensitivity in the front direction, the following can be given as an example of h (θ, ω), for example.
h (θ, ω) = sin 2 (θ) | m (90, ω) | / | m (θ, ω) |

そこで、信号処理部44から出力される収音信号として、θ=0°, θ,θ,…,180°の任意周波数における最終出力ベクトルY(ω)と、θ=0°, θ,θ,…,180°の目標特性ベクトルDside(ω)の2乗誤差を最小とするには、各副マイクロホンのデジタル出力信号を処理するフィルタの伝達関数ベクトルW(ω)として、
side(ω)=(Gside(ω)side(ω))-1side(ω)(Dside(ω)-Mside(ω))
となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施す。ここで、Hは、エルミート転置行列を表わす。
Therefore, as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 44, the final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency of θ = 0 °, θ 1 , θ 2 , ..., 180 ° and θ = 0 °, θ 1 , Θ 2 , ..., To minimize the squared error of the 180 ° target characteristic vector D side (ω), use the transfer function vector W (ω) of the filter that processes the digital output signal of each sub-microphone.
W side (ω) = (G side (ω) HG side (ω)) -1 G side (ω) H (D side (ω) -M side (ω))
A digital filter processing having a transfer function is performed. Here, H represents the Hermitian transpose matrix.

本手法を用いてフィルタを設計した場合には、θ=90°方向だけでなく、ある程度幅を持った方向で感度指向特性を抑圧することができる。ただし、先に述べたように正面方向θ=0°と側面方向θ=90°と背面方向θ=180°のみを規定した場合のほうが、θ=90°方向の感度の抑圧量は向上する傾向にある。 When the filter is designed using this method, the sensitivity directional characteristic can be suppressed not only in the direction of θ = 90 ° but also in the direction having a certain width. However, as described above, when only the front direction θ = 0 °, the side direction θ = 90 °, and the back direction θ = 180 ° are specified, the suppression amount of the sensitivity in the θ = 90 ° direction tends to be improved. It is in.

従って、図5に示す例では、信号処理部44は、第1乃至第3フィルタ441~443によって、第1乃至第3副マイクロホン43a~43cからそれぞれ得られるデジタル出力信号に対し上記のWside(ω)となる伝達関数を有するデジタルフィルタ処理を施し、主マイクロホン42から得られるデジタル出力信号に対し遅延器445によって式(5)に従う遅延処理を施して、加算器446によって加算することにより、主マイクロホン42の正面方向および背面方向の感度指向特性に影響を与えずに、可聴周波数帯域全体にわたり側面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。Y(ω)とD(ω)の差が所定の規範で最小化するものであればフィルタの設計手法は問わない。 Therefore, in the example shown in FIG. 5, the signal processing unit 44 receives the above-mentioned W side (for the digital output signals obtained from the first to third sub-microphones 43a to 43c by the first to third filters 441 to 443, respectively. A digital filter process having a transmission function of ω) is applied, a delay process according to equation (5) is applied to the digital output signal obtained from the main microphone 42 by the delay device 445, and the signal is added by the adder 446. It is possible to generate a sound pickup signal in which the lateral sensitivity is suppressed with high accuracy over the entire audible frequency band without affecting the sensitivity directional characteristics in the front direction and the back direction of the microphone 42. The filter design method does not matter as long as the difference between Y (ω) and D (ω) is minimized according to a predetermined norm.

このようにして、第4実施形態の指向性マイクロホン40は、側面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。 In this way, the directional microphone 40 of the fourth embodiment can be configured as a directional microphone having a narrow directivity in the front direction in which the sensitivity in the lateral direction is suppressed in a wide band and with high accuracy.

〔第5実施形態〕(背面及び側面感度抑圧型の指向性マイクロホン)
図6は、本発明による第5実施形態の指向性マイクロホン50の概略構成を示す図である。第5実施形態の指向性マイクロホン50は、背面及び側面感度抑圧型の指向性マイクロホンとして構成される。
[Fifth Embodiment] (Back and side sensitivity suppression type directional microphone)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the directional microphone 50 according to the fifth embodiment of the present invention. The directional microphone 50 of the fifth embodiment is configured as a back and side sensitivity suppression type directional microphone.

図6に示す指向性マイクロホン50は、音響管51を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン52と、音響管51の後端近傍に配置した互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性副マイクロホン(後方単一指向特性を持つ第1副マイクロホン53a、及び前方単一指向特性を持つ第3副マイクロホン53c)と、第1副マイクロホン53a及び第3副マイクロホン53c間に配置される全指向性を持つ第2副マイクロホン53bと、音響管51の先端近傍に配置した後方単一指向特性を持つ第4副マイクロホン53dと、信号処理部54とを備える。信号処理部54は、第1フィルタ541、第2フィルタ542、第3フィルタ543、第4フィルタ544、遅延器545、及び加算器546を備える。ただし、本実施形態における第1副マイクロホン53aは、後方単一指向特性を持つため、背面感度の抑圧用としてだけでなく、側面感度抑圧用としても作用する。 The directional microphone 50 shown in FIG. 6 is a pair of a main microphone 52 having a forward narrow directivity using an acoustic tube 51 and a pair arranged in the vicinity of the rear end of the acoustic tube 51 and brought close to each other in opposite directivity directions. Between the unidirectional sub-microphone (the first sub-microphone 53a having the rear unidirectional characteristic and the third sub-microphone 53c having the anterior unidirectional characteristic) and the first sub-microphone 53a and the third sub-microphone 53c. It includes an omnidirectional second sub-microphone 53b arranged, a fourth sub-microphone 53d having a rear unidirectional characteristic arranged near the tip of the acoustic tube 51, and a signal processing unit 54. The signal processing unit 54 includes a first filter 541, a second filter 542, a third filter 543, a fourth filter 544, a delay device 545, and an adder 546. However, since the first sub-microphone 53a in the present embodiment has the rear unidirectional characteristic, it acts not only for suppressing the back sensitivity but also for suppressing the side sensitivity.

ここで、第5実施形態の指向性マイクロホン50における第1乃至第3副マイクロホン53a~53cは、それぞれ第3実施形態の指向性マイクロホン30における第1乃至第3マイクロホン33a~33cと同様に構成される。 Here, the first to third sub-microphones 53a to 53c in the directional microphone 50 of the fifth embodiment are configured in the same manner as the first to third microphones 33a to 33c of the directional microphone 30 of the third embodiment, respectively. To.

また、第5実施形態の指向性マイクロホン50における第4副マイクロホン53dは、第1実施形態の指向性マイクロホン10における第2副マイクロホン13bと同様に構成される。 Further, the fourth sub-microphone 53d in the directional microphone 50 of the fifth embodiment is configured in the same manner as the second sub-microphone 13b in the directional microphone 10 of the first embodiment.

また、第5実施形態の指向性マイクロホン50における主マイクロホン52と音響管51とを併せて構成されるラインマイクロホンは、第1実施形態における主マイクロホン12と音響管11とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管51は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口51aを有している。 Further, the line microphone in which the main microphone 52 and the acoustic tube 51 in the directional microphone 50 of the fifth embodiment are combined is a line in which the main microphone 12 and the acoustic tube 11 in the first embodiment are combined. It can be similar to a microphone. Therefore, the acoustic tube 51 is formed in the shape of a cylinder or a square cylinder having a predetermined length for obtaining narrow angle directivity only at high frequencies, and has a plurality of openings 51a for phase interference on its side surface at regular intervals. ing.

即ち、第5実施形態の指向性マイクロホン50は、信号処理部54の処理として、第1実施形態における背面感度抑圧処理と、第4実施形態における側面感度抑圧処理を組み合わせることにより、背面及び側面感度抑圧型の正面方向に狭指向性を持つ狭指向性マイクロホンとして構成される。 That is, the directional microphone 50 of the fifth embodiment combines the back sensitivity suppression processing of the first embodiment and the side sensitivity suppression processing of the fourth embodiment as the processing of the signal processing unit 54, so that the back and side sensitivities are sensitivity. It is configured as a repressive type narrow directional microphone with narrow directivity in the front direction.

主マイクロホン52の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ/デジタル(A/D)変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、信号処理部54における遅延器545に入力される。同様に、第1乃至第4副マイクロホン53a~53dの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、A/D変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、それぞれ信号処理部54における第1乃至第4フィルタ541~544に入力される。 The output signal of the main microphone 52 is amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an analog / digital (A / D) converter (the amplifier and the A / D converter are not shown). It is input to the delay device 545 in the signal processing unit 54. Similarly, each output signal of the first to fourth sub microphones 53a to 53d is also amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an A / D converter (amplifier and A / D conversion). (Not shown in the device) are input to the first to fourth filters 541 to 544 in the signal processing unit 54, respectively.

第1フィルタ541は、第1副マイクロホン53aから得られるデジタル出力信号に対し、指向角度及び周波数を要素とする伝達関数にて、主マイクロホンにおける背面および側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器546に出力する。 The first filter 541 performs a filter process on the digital output signal obtained from the first sub-microphone 53a by a transfer function having a directivity angle and a frequency as elements to cancel the response in the back and side directions of the main microphone. , Output to the adder 546.

第2フィルタ542は、第2副マイクロホン53bから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器546に出力する。 The second filter 542 performs a filter process for canceling the lateral response of the main microphone to the digital output signal obtained from the second sub microphone 53b, and outputs the digital output signal to the adder 546.

第3フィルタ543は、第3副マイクロホン53cから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面および側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器546に出力する。 The third filter 543 performs a filter process for canceling the response in the back and side directions of the main microphone to the digital output signal obtained from the third sub microphone 53c, and outputs the digital output signal to the adder 546.

第4フィルタ544は、第4副マイクロホン53dから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器546に出力する。 The fourth filter 544 performs a filter process for canceling the response in the back direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the fourth sub microphone 53d, and outputs the digital output signal to the adder 546.

遅延器545は、第1乃至第4フィルタ541~544によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン52から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器546に出力する。 The delay device 545 performs delay processing on the digital output signal obtained from the main microphone 52 so as to compensate for the delay amount generated by the filter processing by the first to fourth filters 541 to 544, and outputs the delay process to the adder 546. ..

加算器546は、遅延器545、第1乃至第4フィルタ541~544を経てそれぞれ得られる主マイクロホン52、第1乃至第4副マイクロホン53a~53dのデジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面及び側面感度を抑圧した収音信号を生成し外部に出力する。 The adder 546 inputs and adds the digital output signals of the main microphone 52 and the first to fourth sub microphones 53a to 53d obtained through the delay device 545 and the first to fourth filters 541 to 544, respectively. , Back and side side Sensitivity is suppressed and a sound pickup signal is generated and output to the outside.

ここで、第1乃至第4フィルタ541~544に関するフィルタ処理としては、前述した第1実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理と、第4実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理の設計手法をそのまま用いることができる。 Here, as the filter processing relating to the first to fourth filters 541 to 544, the design methods of the back sensitivity suppression filter processing in the first embodiment and the side sensitivity suppression filter processing in the fourth embodiment are used as they are. be able to.

ただし、本実施形態における第1副マイクロホン53aは、後方単一指向特性を持つため、背面感度の抑圧用としてだけでなく、側面感度抑圧用としても作用するため、第1フィルタ541は、第1実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものと、第4実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものとの線形和としたフィルタとする。 However, since the first sub-microphone 53a in the present embodiment has a rear unidirectional characteristic, it acts not only for suppressing the back sensitivity but also for suppressing the side sensitivity. Therefore, the first filter 541 is the first filter. The filter is a linear sum of the filter process for suppressing back sensitivity in the embodiment and the filter process for suppressing side sensitivity in the fourth embodiment.

従って、図6に示す例では、信号処理部54は、第1乃至第4フィルタ541~544によって、第1乃至第4副マイクロホン53a~53dからそれぞれ得られるデジタル出力信号に対しデジタルフィルタ処理を施して背面及び側面感度抑圧用の信号を生成し、主マイクロホン52から得られるデジタル出力信号に対し遅延器545によって遅延処理を施して、加算器546によって加算することにより、主マイクロホン52の正面方向の感度指向特性に影響を与えずに、低周波数帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域(即ち、可聴周波数帯)で背面及び側面感度を高精度に抑圧した収音信号を生成することができる。 Therefore, in the example shown in FIG. 6, the signal processing unit 54 performs digital filter processing on the digital output signals obtained from the first to fourth sub-microphones 53a to 53d by the first to fourth filters 541 to 544, respectively. The signal for suppressing the rear and side sensitivity is generated, the digital output signal obtained from the main microphone 52 is delayed by the delay device 545, and the signal is added by the adder 546 to the front direction of the main microphone 52. It is possible to generate a sound pickup signal in which the rear and side sensitivity is suppressed with high accuracy in a wide frequency band (that is, an audible frequency band) extending from a low frequency band to a high frequency band without affecting the sensitivity directional characteristic.

このようにして、第5実施形態の指向性マイクロホン50は、背面及び側面方向の感度を広帯域で高精度に抑圧した正面方向に狭指向性を有する指向性マイクロホンとして構成することができる。 In this way, the directional microphone 50 of the fifth embodiment can be configured as a directional microphone having narrow directivity in the front direction in which the sensitivity in the back surface and side directions is suppressed with high accuracy in a wide band.

〔第6実施形態〕(背面感度及び側面感度抑圧量調整型の指向性マイクロホン)
図7は、本発明による第6実施形態の指向性マイクロホン60の概略構成を示す図である。第6実施形態の指向性マイクロホン60は、背面感度及び側面感度抑圧量調整型の指向性マイクロホンとして構成される。
[Sixth Embodiment] (Directivity microphone with rear sensitivity and side sensitivity suppression amount adjustment type)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the directional microphone 60 according to the sixth embodiment of the present invention. The directional microphone 60 of the sixth embodiment is configured as a directional microphone in which the back sensitivity and the side sensitivity are suppressed.

前述した第5実施形態では、第1実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものと、第4実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理として設計したものとの線形和としたフィルタを利用する例を説明したが、第6実施形態では、このような線形和とせずに、背面感度抑圧用フィルタ処理の出力と、側面感度抑圧用フィルタ処理の出力とをそれぞれ減衰量を可変とする可変減衰器648a,648bを設け、背面感度抑圧量と側面感度抑圧量をユーザーにより調整可能とすることで第6実施形態の指向性マイクロホン60の指向性を可変とする。 In the fifth embodiment described above, a filter having a linear sum of the one designed as the filter process for suppressing the back sensitivity in the first embodiment and the one designed as the filter process for suppressing the side sensitivity in the fourth embodiment is used. Although an example has been described, in the sixth embodiment, the output of the filter processing for suppressing the back sensitivity and the output of the filter processing for suppressing the side sensitivity are each variable in the amount of attenuation, instead of the linear sum. The directional microphone 60 of the sixth embodiment is made variable by providing the devices 648a and 648b so that the back sensitivity suppression amount and the side sensitivity suppression amount can be adjusted by the user.

図7に示す指向性マイクロホン60は、音響管61を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホン62と、音響管61の後端近傍に配置した互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性副マイクロホン(後方単一指向特性を持つ第1副マイクロホン63a、及び前方単一指向特性を持つ第3副マイクロホン63c)と、第1副マイクロホン63a及び第3副マイクロホン63c間に配置される全指向性を持つ第2副マイクロホン63bと、音響管61の先端近傍に配置した後方単一指向特性を持つ第4副マイクロホン63dと、信号処理部64とを備える。信号処理部64は、第1フィルタ641、第2フィルタ642、第3フィルタ643、第4フィルタ644、第5フィルタ645、遅延器646、加算器647a,647b,649、及び可変減衰器648a,648bを備える。 The directional microphone 60 shown in FIG. 7 is a pair of a main microphone 62 having a forward narrow directivity using an acoustic tube 61 and a pair arranged in the vicinity of the rear end of the acoustic tube 61 and brought close to each other in opposite directivity directions. Between the unidirectional sub-microphone (the first sub-microphone 63a having the rear unidirectional characteristic and the third sub-microphone 63c having the anterior unidirectional characteristic) and the first sub-microphone 63a and the third sub-microphone 63c. It includes a second sub-microphone 63b having omnidirectional arrangement, a fourth sub-microphone 63d having rear unidirectional characteristics arranged near the tip of the acoustic tube 61, and a signal processing unit 64. The signal processing unit 64 includes a first filter 641, a second filter 642, a third filter 643, a fourth filter 644, a fifth filter 645, a delayer 646, an adder 647a, 647b, 649, and a variable attenuator 648a, 648b. To prepare for.

ここで、第6実施形態の指向性マイクロホン60における第1乃至第4副マイクロホン63a~63dは、それぞれ第5実施形態の指向性マイクロホン50における第1乃至第4マイクロホン53a~53dと同様に構成される。 Here, the first to fourth sub-microphones 63a to 63d in the directional microphone 60 of the sixth embodiment are configured in the same manner as the first to fourth microphones 53a to 53d of the directional microphone 50 of the fifth embodiment, respectively. To.

また、第6実施形態の指向性マイクロホン60における主マイクロホン62と音響管61とを併せて構成されるラインマイクロホンについても、第5実施形態における主マイクロホン52と音響管51とを併せて構成されるラインマイクロホンと同様とすることができる。従って、音響管61は、高域周波数でのみ狭角度指向性を得るための所定長の円筒状又は四角筒状に構成され、その側面に一定間隔で位相干渉用の複数の開口61aを有している。 Further, regarding the line microphone in which the main microphone 62 and the acoustic tube 61 in the directional microphone 60 of the sixth embodiment are combined, the main microphone 52 and the acoustic tube 51 in the fifth embodiment are also configured. It can be similar to a line microphone. Therefore, the acoustic tube 61 is formed in the shape of a cylinder or a square cylinder having a predetermined length for obtaining narrow angle directivity only at high frequencies, and has a plurality of openings 61a for phase interference on its side surface at regular intervals. ing.

即ち、第6実施形態の指向性マイクロホン60は、信号処理部64の処理として、第5実施形態と同様に、背面及び側面感度抑圧型の正面方向に狭指向性を持つ狭指向性マイクロホンとして構成されるが、これに加えて、以下に説明するように、背面感度抑圧量と側面感度抑圧量をユーザーにより調整可能とするよう構成されている。 That is, the directional microphone 60 of the sixth embodiment is configured as a narrow directional microphone having narrow directivity in the front direction of the back surface and side sensitivity suppression type as the processing of the signal processing unit 64, as in the fifth embodiment. However, in addition to this, as described below, the back sensitivity suppression amount and the side sensitivity suppression amount are configured to be adjustable by the user.

主マイクロホン62の出力信号は、増幅器によりその信号電圧を増幅し、アナログ/デジタル(A/D)変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、信号処理部64における遅延器646に入力される。同様に、第1乃至第4副マイクロホン63a~63dの各出力信号も、増幅器によりその信号電圧を増幅し、A/D変換器によりA/D変換処理を施した後に(増幅器及びA/D変換器の図示略)、それぞれ信号処理部64における第1乃至第4フィルタ641~644に入力される。 The output signal of the main microphone 62 is amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an analog / digital (A / D) converter (the amplifier and the A / D converter are not shown). It is input to the delay device 646 in the signal processing unit 64. Similarly, each output signal of the first to fourth sub microphones 63a to 63d is also amplified by an amplifier and subjected to A / D conversion processing by an A / D converter (amplifier and A / D conversion). (Not shown in the device) are input to the first to fourth filters 641 to 644 in the signal processing unit 64, respectively.

ただし、第1副マイクロホン63aのA/D変換処理を施した出力信号は、第5フィルタ645にも入力される。 However, the output signal subjected to the A / D conversion processing of the first sub microphone 63a is also input to the fifth filter 645.

第1フィルタ641は、第1副マイクロホン63aから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器647aに出力する。 The first filter 641 applies a filter process to cancel the lateral response of the main microphone to the digital output signal obtained from the first sub microphone 63a, and outputs the digital output signal to the adder 647a.

第2フィルタ642は、第2副マイクロホン63bから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器647aに出力する。 The second filter 642 applies a filter process to cancel the lateral response of the main microphone to the digital output signal obtained from the second sub microphone 63b, and outputs the digital output signal to the adder 647a.

第3フィルタ643は、第3副マイクロホン63cから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器647aに出力する。 The third filter 643 applies a filter process to cancel the lateral response of the main microphone to the digital output signal obtained from the third sub microphone 63c, and outputs the digital output signal to the adder 647a.

第4フィルタ644は、第4副マイクロホン63dから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器647bに出力する。 The fourth filter 644 performs a filter process for canceling the response in the back direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the fourth sub microphone 63d, and outputs the digital output signal to the adder 647b.

第5フィルタ645は、第1副マイクロホン63aから得られるデジタル出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施して、加算器647bに出力する。 The fifth filter 645 performs a filter process for canceling the response in the back surface direction of the main microphone to the digital output signal obtained from the first sub microphone 63a, and outputs the digital output signal to the adder 647b.

加算器647aは、第1乃至第3フィルタ641~643を経てそれぞれ得られる各デジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成し可変減衰器648aに出力する。 The adder 647a generates a sideways cancel signal for suppressing side sensitivity by inputting and adding each digital output signal obtained through the first to third filters 641 to 643, respectively, and is a variable attenuator. Output to 648a.

加算器647bは、第4及び第5フィルタ644,645を経てそれぞれ得られる各デジタル出力信号をそれぞれ入力して加算することにより、背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成し可変減衰器648bに出力する。 The adder 647b generates a rearward cancel signal for suppressing the backside sensitivity by inputting and adding each digital output signal obtained through the fourth and fifth filters 644, 645, respectively, and is a variable attenuator. Output to 648b.

可変減衰器648aは、加算器647aから得られる側面方向キャンセル信号の振幅を抑圧量調整信号Vat1によって調整可能とし、振幅調整した側面方向キャンセル信号を加算器649に出力する。抑圧量調整信号Vat1は、ユーザーにより調整可能なボリューム調整器(図示せず)から出力される。 The variable attenuator 648a makes it possible to adjust the amplitude of the sideways cancel signal obtained from the adder 647a by the suppression amount adjustment signal Vat1, and outputs the amplitude-adjusted sideways cancel signal to the adder 649. The suppression amount adjustment signal Vat1 is output from a volume regulator (not shown) that can be adjusted by the user.

可変減衰器648bは、加算器647bから得られる背面方向キャンセル信号の振幅を抑圧量調整信号Vat2によって調整可能とし、振幅調整した背面方向キャンセル信号を加算器649に出力する。抑圧量調整信号Vat2は、ユーザーにより調整可能なボリューム調整器(図示せず)から出力される。 The variable attenuator 648b makes it possible to adjust the amplitude of the rearward canceling signal obtained from the adder 647b by the suppression amount adjusting signal Vat2, and outputs the amplitude-adjusted rearward canceling signal to the adder 649. The suppression amount adjustment signal Vat2 is output from a volume adjuster (not shown) that can be adjusted by the user.

遅延器646は、第1乃至第5フィルタ641~645によるフィルタ処理によってそれぞれ生じる遅延量を補償するよう、主マイクロホン62から得られるデジタル出力信号に対し遅延処理を施して、加算器649に出力する。 The delay device 646 performs delay processing on the digital output signal obtained from the main microphone 62 so as to compensate for the delay amount generated by the filter processing by the first to fifth filters 641 to 645, and outputs the delay process to the adder 649. ..

加算器649は、遅延器646を経て得られる主マイクロホン62のデジタル出力信号と、可変減衰器648aから得られる振幅調整した側面方向キャンセル信号と、可変減衰器648bから得られる振幅調整した背面方向キャンセル信号とをそれぞれ入力して加算することにより、背面及び側面感度の抑圧量を調整可能にした収音信号を生成し外部に出力する。ここで、主マイクロホン62の出力信号は遅延器646を通過することとしたが、遅延器でなく、正面方向の周波数特性を補償するデジタルフィルタであってもよい。 The adder 649 includes a digital output signal of the main microphone 62 obtained via the delay device 646, an amplitude-adjusted sideways cancel signal obtained from the variable attenuator 648a, and an amplitude-adjusted rearward cancel signal obtained from the variable attenuator 648b. By inputting and adding signals, a sound pickup signal with adjustable back and side sensitivity suppression is generated and output to the outside. Here, although it is decided that the output signal of the main microphone 62 passes through the delay device 646, it may be a digital filter that compensates for the frequency characteristic in the front direction instead of the delay device.

ここで、第1乃至第3フィルタ641~643に関するフィルタ処理としては、前述した第4実施形態における側面感度抑圧用フィルタ処理の設計手法をそのまま用いることができ、第4及び第5フィルタ644,645に関するフィルタ処理としては、前述した第1実施形態における背面感度抑圧用フィルタ処理の設計手法をそのまま用いることができる。従って、加算器647aは側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成することができ、加算器647bは背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成することができる。 Here, as the filter processing relating to the first to third filters 641 to 643, the design method of the filter processing for suppressing the side sensitivity in the above-mentioned fourth embodiment can be used as it is, and the fourth and fifth filters 644,645 can be used as they are. As the filter processing related to the above, the design method of the filter processing for suppressing back sensitivity in the first embodiment described above can be used as it is. Therefore, the adder 647a can generate a side-to-side cancel signal to suppress the side-side sensitivity, and the adder 647b can generate a back-to-back cancel signal to suppress the back-to-back sensitivity.

そして、可変減衰器648a,648bが設けられているため、信号処理部64から出力される収音信号として、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能としている。 Since the variable attenuators 648a and 648b are provided, the suppression amount of the back surface and side sensitivity can be individually adjusted as the sound pick-up signal output from the signal processing unit 64.

図8(a)乃至図8(k)は、それぞれ本発明による第6実施形態の指向性マイクロホン60における主マイクロホン62の指向性方向(前方正面方向)をθ=0°として0°≦θ≦360°(即ち、0°≦|θ|≦180°)に関する感度指向特性のシミュレーション結果を示す図である。特に、図8では、4kHz以下の周波数帯域に背面及び側面感度抑圧処理を加えた、長さ20cmの音響管61を持つラインマイクロホンの感度指向特性のシミュレーション結果を示している。 8 (a) to 8 (k) show 0 ° ≤ θ ≤, respectively, where θ = 0 ° is the directional direction (front front direction) of the main microphone 62 in the directional microphone 60 according to the sixth embodiment of the present invention. It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity directivity about 360 ° (that is, 0 ° ≦ | θ | ≦ 180 °). In particular, FIG. 8 shows a simulation result of the sensitivity directional characteristic of a line microphone having a 20 cm long acoustic tube 61, which is obtained by applying back and side sensitivity suppression processing to a frequency band of 4 kHz or less.

図8(a)乃至図8(k)において、図示するD1の特性は、背面及び側面感度抑圧処理を加えていない場合の感度指向特性であり、図示するD2の特性は、背面及び側面感度抑圧処理を加えた場合の感度指向特性である。特に背面及び側面感度が現れやすい4kHz以下の周波数帯域においても、好適に背面及び側面の感度が抑圧されていることが分かる。 In FIGS. 8 (a) to 8 (k), the characteristic of D1 shown is a sensitivity-oriented characteristic when the back surface and side surface sensitivity suppression processing is not applied, and the characteristic of D2 shown is the back surface and side surface sensitivity suppression. This is the sensitivity-oriented characteristic when processing is applied. In particular, it can be seen that the back and side sensitivities are preferably suppressed even in the frequency band of 4 kHz or less where the back and side sensitivities are likely to appear.

以上のように、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、例えば従来の背面感度抑圧型マイクロホンでは周波数毎の緻密な調整ができないため、高精度に抑圧できる帯域が制限されてしまう問題を解消することができる。特に、主マイクロホンとしてラインマイクロホンを用いた場合には、従来技法では、音響管の影響が少ない低い周波数帯域しか背面感度の抑圧効果を得ることができないため、積極的に背面感度抑圧効果を得ようとした場合には、短い音響管(例えば45mm)によるラインマイクロホンに適用せざるを得なかった。 As described above, according to the directional microphone according to the present invention, for example, since the conventional back-sensitivity suppression type microphone cannot be finely adjusted for each frequency, the problem that the band that can be suppressed with high accuracy is limited is solved. be able to. In particular, when a line microphone is used as the main microphone, the conventional technique can obtain the back sensitivity suppressing effect only in the low frequency band where the influence of the acoustic tube is small, so let's positively obtain the back sensitivity suppressing effect. In this case, it had to be applied to a line microphone with a short acoustic tube (for example, 45 mm).

一方、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、周波数毎により細かな最適化を行うことができるため、音響管の影響が大きくなる中~高帯域においても背面感度抑圧効果を得ることができ、より長い音響管を用いたラインマイクロホンを用いることも可能とし、より狭指向性となる狭指向性マイクロホンを構成することができる。 On the other hand, according to the directional microphone according to the present invention, since finer optimization can be performed for each frequency, the back sensitivity suppression effect can be obtained even in the middle to high band where the influence of the acoustic tube is large. It is also possible to use a line microphone using a longer acoustic tube, and a narrow directional microphone having a narrower directivity can be configured.

また、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、短い音響管によるラインマイクロホンでは低い周波数において側面の感度を十分に抑圧できないという問題も解消でき、より指向性の鋭いラインマイクロホンを構成することができる。 Further, according to the directional microphone according to the present invention, it is possible to solve the problem that the side sensitivity cannot be sufficiently suppressed at a low frequency with a line microphone using a short acoustic tube, and it is possible to construct a line microphone with a sharper directivity. ..

また、本発明に係る指向性マイクロホンによれば、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能になるため、手段操作による用途だけでなく、可変指向性マイク付きビデオカメラに適用することができる。 Further, according to the directional microphone according to the present invention, since the suppression amount of the back surface and side sensitivity can be adjusted individually, it can be applied not only to the application by means operation but also to the video camera with the variable directional microphone. ..

〔可変指向性マイク付きビデオカメラ〕
図9は、本発明による第6実施形態の指向性マイクロホン60を用いて、その指向性をズームに合わせて変更可能とする、本発明による一実施形態の可変指向性マイク付きビデオカメラ100の概略構成を示す図である。
[Video camera with variable directional microphone]
FIG. 9 shows an outline of a video camera 100 with a variable directional microphone according to the present invention, which uses the directional microphone 60 according to the sixth embodiment of the present invention and enables the directivity to be changed according to a zoom. It is a figure which shows the structure.

可変指向性マイク付きビデオカメラ100は、本発明による第6実施形態の指向性マイクロホン60と、ズーム機能付き光学レンズ110と、撮像素子を含む撮像制御部111と、出力部112と、収音制御部113とを備える。 The video camera 100 with a variable directional microphone includes a directional microphone 60 according to a sixth embodiment of the present invention, an optical lens 110 with a zoom function, an image pickup control unit 111 including an image pickup element, an output unit 112, and sound collection control. A unit 113 is provided.

撮像制御部111は、ユーザーの操作指示を受け付けてズーム機能付き光学レンズ110に対しズーム制御信号を出力して画角θV1~θV2を決定するズーム動作を行わせ、このズーム動作を経て被写体を撮像した映像の信号を出力部112に出力する。 The image pickup control unit 111 receives a user's operation instruction and outputs a zoom control signal to the optical lens 110 with a zoom function to perform a zoom operation for determining the angles of view θ V1 to θ V2 , and the subject is subjected to this zoom operation. The signal of the image of the image captured is output to the output unit 112.

撮像制御部111から出力されるズーム制御信号は収音制御部113にも入力される。 The zoom control signal output from the image pickup control unit 111 is also input to the sound collection control unit 113.

収音制御部113は、画角θV1~θV2となるズーム動作を行うためのズーム制御信号が入力されると、当該画角が狭いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を大きくする抑圧量調整信号Vat1,Vat2を指向性マイクロホン60に出力し、当該画角が広いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を小さくする抑圧量調整信号Vat1,Vat2を指向性マイクロホン60に出力する。 When a zoom control signal for performing a zoom operation having an angle of view θ V1 to θ V2 is input, the sound collection control unit 113 increases the directivity and the amount of suppression of the rear and side sensitivity when the angle of view is narrow. The suppression amount adjustment signals Vat1 and Vat2 are output to the directional microphone 60, and when the angle of view is wide, the suppression amount adjustment signals Vat1 and Vat2 that reduce the suppression amount of the rear and side sensitivity are transmitted to the directional microphone 60. Output.

指向性マイクロホン60は、ズーム制御信号に応じて背面及び側面感度の抑圧量を自動調整した収音信号を生成し、出力部112に出力する。 The directional microphone 60 generates a sound pickup signal in which the suppression amount of the rear surface and side sensitivity is automatically adjusted according to the zoom control signal, and outputs the sound pickup signal to the output unit 112.

出力部112は、ズーム制御信号に応じた映像と収音信号を、表示再生部(図示せず)に対し表示再生する。 The output unit 112 displays and reproduces the video and the sound pick-up signal corresponding to the zoom control signal to the display / reproduction unit (not shown).

これにより、可変指向性マイク付きビデオカメラ100は、指向性マイクロホン60の指向性について背面と側面の双方の感度をズームに合わせて高精度に抑圧して自動的に変更可能とした構成となる。 As a result, the video camera 100 with a variable directional microphone has a configuration in which the directivity of the directional microphone 60 can be automatically changed by suppressing the sensitivity of both the rear surface and the side surface with high accuracy according to the zoom.

従って、本発明に係る可変指向性マイク付きビデオカメラ100によれば、注目した被写体のクローズアップに合わせて当該被写体の発する音声以外の周囲雑音を高精度に抑圧することができるようになる。 Therefore, according to the video camera 100 with a variable directional microphone according to the present invention, it is possible to suppress ambient noise other than the sound emitted by the subject with high accuracy in accordance with the close-up of the subject of interest.

本発明に係る指向性マイクロホン及び可変指向性マイク付きビデオカメラは、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。 The directional microphone and the video camera with a variable directional microphone according to the present invention are not limited to the examples of the above-described embodiments, but are limited only by the description of the claims.

本発明によれば、所定の指向方向の感度を広帯域で高精度に抑圧する指向性マイクロホン、及び可変指向性マイク付きビデオカメラを構成することができるので、指向性を持たせるマイクロホンの用途に有用である。 According to the present invention, it is possible to configure a directional microphone that suppresses the sensitivity in a predetermined directional direction with high accuracy over a wide band, and a video camera with a variable directional microphone, which is useful for applications of a microphone having directivity. Is.

10,20,30,40,50,60 指向性マイクロホン
11,21,41,51,61 音響管
11a,21a,41a,51a,61a 開口
12,22,42,52,62 主マイクロホン
13a,23a,43a,53a,63a 第1副マイクロホン
13b,23b,43b,53b,63b 第2副マイクロホン
43c,53c,63c 第3副マイクロホン
53d,63d 第4副マイクロホン
14,24,34,44,54,64 信号処理部
33a 第1マイクロホン
33b 第2マイクロホン
33c 第3マイクロホン
141,241,341,441,541,641 第1フィルタ
142,242,342,442,542,642 第2フィルタ
245,343,443,543,643 第3フィルタ
544,644 第4フィルタ
645 第5フィルタ
145,445,545,646 遅延器
146,246,346,446,546,647a,647b,649 加算器
648a,648b 可変減衰器
100 可変指向性マイク付きビデオカメラ
110 ズーム機能付き光学レンズ
111 撮像制御部
112 出力部
113 収音制御部
10, 20, 30, 40, 50, 60 Directional microphones 11,21,41,51,61 Sound tubes 11a, 21a, 41a, 51a, 61a Openings 12, 22, 42, 52, 62 Main microphones 13a, 23a, 43a, 53a, 63a 1st sub-microphone 13b, 23b, 43b, 53b, 63b 2nd sub-microphone 43c, 53c, 63c 3rd sub-microphone 53d, 63d 4th sub-microphone 14, 24, 34, 44, 54, 64 signals Processing unit 33a 1st microphone 33b 2nd microphone 33c 3rd microphone 141,241,341,441,541,641 1st filter 142,242,342,442,542,642 2nd filter 245,343,443,543 643 3rd filter 544,644 4th filter 645 5th filter 145,445,545,646 Delayer 146,246,346,446,546,647a, 647b, 649 Adder 648a, 648b Variable attenuator 100 Variable directional Video camera with microphone 110 Optical lens with zoom function 111 Imaging control unit 112 Output unit 113 Sound collection control unit

Claims (7)

背面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
前記音響管の長手方向に沿って配置され前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向とは逆方向に単一指向性を有する少なくとも1つの副マイクロホンと、
前記少なくとも1つの副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける背面の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、背面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルM(ω)と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルW(ω)により前記少なくとも1つの副マイクロホンの出力信号ベクトルG(ω)に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ=0°を為す正面方向からθ=180°を為す背面方向までの任意周波数ωにおける最終出力ベクトルY(ω)、及び、θ=0°を為す当該正面方向の感度を保ったまま、θ=180°を為す当該背面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルD(ω)を用いて、前記最終出力ベクトルY(ω)と前記目標特性ベクトルD(ω)との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする指向性マイクロホン。
A directional microphone with anterior narrow directivity that suppresses back sensitivity.
A main microphone with narrow forward directivity using an acoustic tube,
At least one sub-microphone arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and having unidirectionality in the direction opposite to the frontal direction forming the main axis of the anterior narrow directivity.
The amount of delay generated by the filtering of the output signal obtained from the at least one sub-microphone and the output signal obtained from the main microphone and the signal subjected to the filtering process for canceling the response on the back surface of the main microphone. It is provided with a signal processing unit that generates a sound pickup signal with suppressed back sensitivity by adding a signal that has been delayed processed so as to compensate for the above.
The signal processing unit
The output signal vector M (ω) after the delay processing of the main microphone and the transmission function vector W (ω) of the filtering processing are used to filter the output signal vector G (ω) of the at least one sub-microphone. The final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency ω from the front direction where the main axis θ = 0 ° of the forward narrow directionality obtained by adding the obtained digital output signals to the back direction where θ = 180 ° is formed, and , Θ = 0 °, while maintaining the sensitivity in the front direction, the final output vector Y (ω) is used to suppress the sensitivity in the back direction, which is θ = 180 °. A directional microphone characterized by performing a filtering process that minimizes the difference between the target characteristic vector D (ω) and the target characteristic vector D (ω) based on a predetermined norm.
ドーナツ型指向性を有する指向性マイクロホンであって、
互いに反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号と、前記全指向性マイクロホンに対しフィルタ処理を施した信号とを用いて所定の加減算処理を施すことにより、ドーナツ型の指向性を持つ収音信号を生成する信号処理部と、
を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
A directional microphone with donut-shaped directivity,
A pair of unidirectional microphones that are close to each other with opposite directivity directions,
An omnidirectional microphone having omnidirectionality arranged between the pair of unidirectional microphones,
A donut-shaped directivity is obtained by performing a predetermined addition / subtraction process using a signal obtained by filtering the pair of unidirectional microphones and a signal obtained by filtering the omnidirectional microphone. A signal processing unit that generates a pick-up signal to have, and
A directional microphone characterized by being equipped with.
側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号とを加算して、側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、
を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
A directional microphone with anterior narrow directivity that suppresses lateral sensitivity.
A main microphone with narrow forward directivity using an acoustic tube,
A pair of unidirectional objects arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and brought close to each other in the same direction and opposite directions to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directivity. With a microphone
An omnidirectional microphone having omnidirectionality arranged between the pair of unidirectional microphones,
A filtered signal that cancels the lateral response of the main microphone to each output signal obtained from the pair of unidirectional microphones and the omnidirectional microphone, and an output signal obtained from the main microphone. On the other hand, a signal processing unit that generates a sound pickup signal with suppressed side sensitivity by adding a signal that has been delayed so as to compensate for the delay amount generated by the filter processing.
A directional microphone characterized by being equipped with.
前記信号処理部は、
前記主マイクロホンの遅延処理後の出力信号ベクトルMside(ω)と、前記フィルタ処理の伝達関数ベクトルWside(ω)により前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンの出力信号ベクトルGside(ω)に対しフィルタ処理を施して得られるデジタル出力信号を加算して得られる前記前方狭指向性の主軸θ=0°を為す正面方向と、0°<|θ|<180°を為す側面方向と、θ=180°を為す背面方向の任意周波数ωにおける最終出力ベクトルY(ω)、及び、θ=0°を為す当該正面方向の感度とθ=180°を為す当該背面方向の感度を保ったまま、0°<|θ|<180°を為す当該側面方向の感度を抑圧するための目標特性ベクトルDside(ω)を用いて、前記最終出力ベクトルY(ω)と前記目標特性ベクトルDside(ω)との差を所定の規範に基づいて最小化するフィルタ処理を施すことを特徴とする、請求項に記載の指向性マイクロホン。
The signal processing unit
The output signal vector M side (ω) after the delay processing of the main microphone and the transmission function vector W side (ω) of the filtering processing make the pair of unidirectional microphones and the output signal vector of the omnidirectional microphone. The front direction that makes the main axis θ = 0 ° of the forward narrow directionality obtained by adding the digital output signal obtained by filtering G side (ω), and 0 ° <| θ | <180 °. The final output vector Y (ω) at an arbitrary frequency ω in the lateral direction that makes θ = 180 ° and the back direction that makes θ = 180 °, and the sensitivity in the front direction that makes θ = 0 ° and the sensitivity in the back direction that makes θ = 180 °. The final output vector Y (ω) and the target are used by using the target characteristic vector D side (ω) for suppressing the sensitivity in the lateral direction, which is 0 ° << | θ | <180 ° while maintaining the sensitivity. The directional microphone according to claim 3 , wherein the directional microphone is subjected to a filtering process that minimizes the difference from the characteristic vector D side (ω) based on a predetermined norm.
背面及び側面感度を抑圧した前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン、前記全指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、主マイクロホンにおける側面方向及び背面方向の応答をキャンセルするフィルタ処理を施した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号を加算して、背面及び側面感度を抑圧した収音信号を生成する信号処理部と、
を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
A directional microphone with anterior narrow directivity that suppresses back and side sensitivity.
A main microphone with narrow forward directivity using an acoustic tube,
A pair of unidirectional objects arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and brought close to each other in the same direction and opposite directions to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directivity. With a microphone
An omnidirectional microphone having omnidirectionality arranged between the pair of unidirectional microphones,
A unidirectional sub-microphone arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and oriented in a direction opposite to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directivity.
Each output signal obtained from the pair of unidirectional microphones, the omnidirectional microphone, and the sub microphone is filtered to cancel the sideways and backside responses of the main microphone, and the signal. A signal processing unit that generates a sound pick-up signal with suppressed back and side sensitivities by adding a signal that has been delayed to compensate for the delay caused by the filter processing to the output signal obtained from the main microphone.
A directional microphone characterized by being equipped with.
背面及び側面感度の抑圧量を調整可能とした前方狭指向性を有する指向性マイクロホンであって、
音響管を利用して前方狭指向性を持つ主マイクロホンと、
前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して互いに同方向及び逆方向となる反対の指向方向を向けて近接させた一対の単一指向性マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン間に配置される全指向性を持つ全指向性マイクロホンと、
前記音響管の長手方向に沿って配置され、前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性の副マイクロホンと、
前記一対の単一指向性マイクロホン、及び前記全指向性マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの側面感度を抑圧するための側面方向キャンセル信号を生成し、前記一対の単一指向性マイクロホンのうち前記前方狭指向性の主軸を為す正面方向に対して逆方向となる指向方向を向けた単一指向性マイクロホン、及び前記副マイクロホンから得られる各出力信号に対し、フィルタ処理を施した信号を加算して主マイクロホンの背面感度を抑圧するための背面方向キャンセル信号を生成し、
前記側面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記背面方向キャンセル信号の振幅について外部指示に基づいて振幅調整した信号と、前記主マイクロホンから得られる出力信号に対し、該フィルタ処理によって生じる遅延量を補償するよう遅延処理を施した信号を加算して、背面及び側面感度の抑圧量を個別に調整可能とした収音信号を生成する信号処理部と、
を備えることを特徴とする指向性マイクロホン。
A directional microphone with anterior narrow directivity that can adjust the amount of suppression of back and side sensitivities.
A main microphone with narrow forward directivity using an acoustic tube,
A pair of unidirectional objects arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and brought close to each other in the same direction and opposite directions to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directivity. With a microphone
An omnidirectional microphone having omnidirectionality arranged between the pair of unidirectional microphones,
A unidirectional sub-microphone arranged along the longitudinal direction of the acoustic tube and oriented in a direction opposite to the front direction forming the main axis of the anterior narrow directivity.
A filtered signal is added to each output signal obtained from the pair of unidirectional microphones and the omnidirectional microphone to generate a sideways cancel signal for suppressing the side sensitivity of the main microphone. The output obtained from the pair of unidirectional microphones, the unidirectional microphone having a direction opposite to the front direction forming the main axis of the front narrow directional, and the sub microphone. A filtered signal is added to the signal to generate a backside cancel signal to suppress the backside sensitivity of the main microphone.
The amplitude of the lateral cancel signal is adjusted based on an external instruction, the amplitude of the rear cancel signal is adjusted based on an external instruction, and the output signal obtained from the main microphone is used. A signal processing unit that generates a sound pickup signal that can individually adjust the suppression amount of the rear and side sensitivity by adding the signals that have been delayed so as to compensate for the delay caused by the filter processing.
A directional microphone characterized by being equipped with.
可変指向性マイク付きビデオカメラであって、
請求項に記載の指向性マイクロホンと、
ズーム機能付き光学レンズと、
前記ズーム機能付き光学レンズに対し外部指示に基づいてズーム制御信号を出力して画角を決定するズーム動作を行わせ、該ズーム動作を経て被写体を撮像した映像の信号を生成する撮像制御部と、
前記ズーム制御信号を基に当該画角が狭いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を大きくし、当該画角が広いときは指向性を背面及び側面感度の抑圧量を小さくする抑圧量調整信号を前記指向性マイクロホンに出力し、前記指向性マイクロホンが前記ズーム制御信号に応じて背面及び側面感度の抑圧量を自動調整した収音信号を生成するよう制御する収音制御部と、
を備えることを特徴とする可変指向性マイク付きビデオカメラ。
A video camera with a variable directional microphone
The directional microphone according to claim 6 and
An optical lens with a zoom function and
An imaging control unit that outputs a zoom control signal to the optical lens with a zoom function based on an external instruction to perform a zoom operation for determining an angle of view, and generates a signal of an image obtained by imaging the subject through the zoom operation. ,
Based on the zoom control signal, when the angle of view is narrow, the directivity suppresses the back and side sensitivity, and when the angle is wide, the directivity suppresses the back and side sensitivity. A sound pickup control unit that outputs an adjustment signal to the directional microphone and controls the directional microphone to generate a sound pickup signal in which the suppression amount of the rear and side sensitivity is automatically adjusted according to the zoom control signal.
A video camera with a variable directional microphone that features.
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