JP7331932B2 - マイクロホンアレー - Google Patents

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Description

本発明は、音を収音する技術に関する。
従来のマイクロホンアレーとして、特許文献1に記載されたマイクロホンアレーが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2015-198412号公報
しかし、従来のマイクロホンアレーは一度配置をしてしまうと、別の環境で収音するために配置を変更することが困難であった。
本発明は、従来よりも配置の変更が容易なマイクロホンアレーを提供することを目的とする。
この発明の一態様によるマイクロホンアレーは、2個以上のマイクロホン保持部を含むマイクロホンアレーであって、2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれは、1個のマイクロホンを保持しており、2個以上のマイクロホン保持部は、互いに切り離すことが可能であり、2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれが、他のマイクロホン保持部の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができ、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよく、2個以上のマイクロホン保持部は、3個のマイクロホン保持部であり、第一の組み合わせ方法では、3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、所定の大きさの円における外周上に配置され、第一の組み合わせ方法は、3個のマイクロホン保持部が三つ巴になるような組み合わせ方法である
この発明の一態様によるマイクロホンアレーは、2個以上のマイクロホン保持部を含むマイクロホンアレーであって、2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれは、1個のマイクロホンを保持しており、2個以上のマイクロホン保持部は、互いに切り離すことが可能であり、2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれが、他のマイクロホン保持部の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができ、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよく、2個以上のマイクロホン保持部は、3個のマイクロホン保持部であり、第一の組み合わせ方法では、3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、所定の大きさの円における外周上に配置され、第二の組み合わせ方法では、3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、マイクロホン間を結ぶ直線が同一平面に存在するよう配置される。
この発明の一態様によるマイクロホンアレーは、2個以上のマイクロホン保持部を含むマイクロホンアレーであって、2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれは、1個のマイクロホンを保持しており、2個以上のマイクロホン保持部は、互いに切り離すことが可能であり、2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれが、他のマイクロホン保持部の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができ、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよく、2個以上のマイクロホン保持部は、3個のマイクロホン保持部であり、第一の組み合わせ方法では、3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、所定の大きさの円における外周上に配置され、3個のマイクロホン保持部のそれぞれは、2個のマイクロホンを保持しており、3個のマイクロホン保持部のそれぞれの互いに対向する2個の配置面のそれぞれに、マイクロホンが配置されている。
従来よりもマイクロホンアレーの配置の変更を容易に行うことができる。
図1Aは、マイクロホン保持部の平面図であり、図1Bは、マイクロホン保持部の背面図であり、図1Cはマイクロホン保持部の右側面図である。 図2は、円柱の端面に垂直な方向から円柱を見たときの切断部分の例を示す図である。 図3は、図1のマイクロホン保持部の第一の組み合わせ方法の例を示す図である。 図4は、図1のマイクロホン保持部の第二の組み合わせ方法の例を示す図である。 図5Aは、マイクロホン保持部の平面図であり、図5Bは、マイクロホン保持部の背面図であり、図5Cはマイクロホン保持部の右側面図であり、図5Dはマイクロホン保持部の左側面図であり、図5Eはマイクロホン保持部の正面図である。 図6は、図5のマイクロホン保持部の組み合わせ方法の例を示す図。 図7は、マイクロホン保持部の例を示す図である。 図8は、図7のマイクロホン保持部の組み合わせ方法の例を示す図。 図9は、図7のマイクロホン保持部の組み合わせ方法の例を示す図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面中において同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
まず、発明のポイントを説明する。一般的なマイクロホンアレーは、前述したように、複数のマイクロホンをマイクロホンユニットに固定するように構成される。しかしながら、用途によってはマイクロホンアレーに要求される分解能が、異なる場合がある。例えば、机上にマイクロホンアレーを設置して360度くまなく集音したいような場合は、方位角毎の分解能を高めることが要求される。一方リビングルームの棚の上に設置して生活空間から発声される音声信号を集音したいような場合は、例えば前方向180度の方位角毎の分解能を高めることを要求される。後者のようなケースで360度くまなく集音するためのマイクロホンアレーを用いた場合、マイクロホン間の位置関係が固定されていると、後ろ方向180度の分解能は不要であるにもかかわらずマイクロホンと演算量を消費している。そこで、所望の方向からの分解能を高めるため、マイクロホンと演算量というリソースを最大限活用できるようマイクロホンの位置を可変とするようなマイクロホンアレーを提案する。さらに、その後の信号処理に係る演算量を低減するために、マイクロホンの位置を変更してもマイクロホン間の距離が所定の条件を保つように設計してもよい。
前述した360度集音する形状について、3個のマイクロホンの場合を例示して説明する。図3に例示するように、3個のマイクロホンが、基準点R(図3では、3個のマイクロホン保持部1を組み合わせたときの中心になる。)を中心としたときに、所定の半径を持つ円Ciの外周上に設置されるように、マイクロホン保持部1を組み合わせることができるように設計する。これが、360度集音する場合の条件の1つである。さらに、隣接するマイクロホン同士を結んだ線分の長さD1が等しくなるようにマイクロホン保持部1は設置されてもよい。これは、方向毎の分解能を共通化するかつ演算量の低減のためでもある。また、マイクロホン保持部1のみでマイクロホンアレーの形状が変わらないように最低限の固定を行えるような形状としているが、図示しない接続部で固定してもよい。これが第一のアレイ形状である。
次に、180度集音する形状について説明する。図4に示すように、用いるマイクロホン保持部1とマイクロホンは前述した360度集音する形状と同じもので、いわゆるラインアレイのようにマイクロホンの位置となるようマイクロホン保持部1を組替える。この場合、マイクロホン同士を接続する直線Lが同一の平面上、かつ、マイクロホンが前方向又は後方向の180度からの音を集音するように配置されるようにする。演算量の低減のために隣接するマイクロホン同士を結んだ線分の長さD2が等しくなるようにマイクロホン保持部1は設置されてもよい。後述する実施例ではすべてのマイクロホンが1つの直線上に配置されるよう設計しているが、必須ではない。これが第二のアレイ形状である。
少なくとも、第一のアレイ形状と、第二のアレイ形状を交互に組替えることができるマイクロホンアレーを以下説明する。
マイクロホンアレーは、2個以上のマイクロホン保持部1を備えている。
各マイクロホン保持部1は、例えば図1から図3に示すような、組み合わさったときに三つ巴になるような形状をしている。この例では、マイクロホンアレーは、3個のマイクロホン保持部1を備えている。
図1Aは、マイクロホン保持部1の平面図であり、図1Bは、マイクロホン保持部1の背面図であり、図1Cはマイクロホン保持部1の右側面図である。
この例では、マイクロホン保持部1は、半円柱形状の頭部11と、マイクロホン保持部1の平面に垂直な方向(図1Aの紙面に垂直な方向)からマイクロホン保持部1を見たときの幅が、先端に近づくほど狭くなる尾部12とを備えている。尾部12は、先端に近づくほど曲がっている。
また、この例では、マイクロホン保持部1は、マイクロホンが配置される配置面13と、他のマイクロホン保持部1と組み合わさったときに、他のマイクロホン保持部1と接触する可能性がある接触面14とを備えている。
この例では、マイクロホンは、配置面13上の頭部11と尾部12の境界Bであって、半円柱形状の頭部11の中心Cに配置される。図1Aでは、配置面13上の頭部11と尾部12の境界Bを破線で示している。マイクロホンで集音された音信号は、有線又は無線で、図示していない音信号処理装置に出力される。音信号処理装置は、入力された音信号に対して所定の音信号処理を行う。
例えば、音を十分に反射する材質(例えば、合成樹脂、金属、木など)で構成されている円柱を図2に示す円弧A1,A2,A3に沿って切断することにより、図1のマイクロホン保持部1を3個生成することができる。図2は、端面に垂直な方向から円柱を見たときの切断部分の例を示す図である。
図2に示すように、円柱の端面の中心をP0とする。そして、円柱の端面の円周の互いに120度を成す点をP1,P2,P3とする。線分P0P1と線分P0P2とが交わる角度が120度であり、線分P0P2と線分P0P3とが交わる角度が120度であり、線分P0P3と線分P0P1とが交わる角度が120度である。図2では、線分P0P1、線分P0P2、線分P0P3を破線で示している。このとき、線分P0P1を直径とする円弧がA1であり、線分P0P2を直径とする円弧がA2であり、線分P0P3を直径とする円弧がA3である。
2個以上のマイクロホン保持部1は、互いに切り離すことが可能である。
また、2個以上のマイクロホン保持部1のそれぞれが、他のマイクロホン保持部1の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部1がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、2個以上のマイクロホン保持部1は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができる。
例えば、図1のマイクロホン保持部1は、図3に示すように、三つ巴になるように組み合わせることが可能である。この組み合わせを、「第一の組み合わせ方法」と呼ぶことにする。第一の組み合わせ方法のようにマイクロホン保持部1を配置することで、円形状のマイクロホンアレーを実現することができる。
第一の組み合わせ方法は、マイクロホンアレーを基準として360度全ての方向を集音したい場合に特に効果を奏する。集音したい方位角の端から端までの角度が181度以上であれば第一の組み合わせ方法は特に効果を奏する。この組み合わせ方法で満たされるべき条件は、マイクロホンが所定の大きさの円Ciの外周上に配置されることである。隣接するマイクロホン間を結んだ線分の長さD1がほぼ同じとなるよう配置されていてもよい。
また、図3では、マイクロホン保持部1が3個の場合を例示しているが、マイクロホン保持部1は4個以上であってもよい。
マイクロホン保持部1同士の少なくとも一部が接触して組合わせた状態から変形しづらくなるように、マイクロホン保持部1は組み合わせられる。マイクロホン保持部1には、更に凹凸のような形状をつけてもいいし、ボタンのようなものをつけてもよいが、必須ではない。
また、図1のマイクロホン保持部1は、図4に示すように、直線状になるように組み合わせることが可能である。この組み合わせを、「第二の組み合わせ方法」と呼ぶことにする。第二の組み合わせ方法のようにマイクロホン保持部1を配置することで、直線形状のマイクロホンアレーを実現することができる。
第二の組み合わせ方法は、マイクロホンアレーを基準として前方向又は後方向の180度どちらかを集音したい場合に特に効果を奏する。集音したい方位角の端から端までの角度が180度以下であれば第二の組み合わせ方法は特に効果を奏する。ここで、マイクロホンアレーの前方向とは、直線形状のマイクロホンアレーの延伸方向に垂直な方向であって、マイクロホンアレーが設置される面と平行な方向のことである。また、マイクロホンアレーの後方向とは、マイクロホンアレーの反対方向のことである。
この組み合わせ方法で満たされるべき条件は、隣接するマイクロホンを接続した直線が同一の平面上に存在するように、マイクロホンが配置されることである。隣接するマイクロホン間を結んだ線分の長さD2がほぼ同じとなるよう配置されていてもよい。
ここで、隣接するマイクロホンを接続した直線が存在する平面とは、所定の方向を向く平面のことである。ここで、所定の方向とは、例えば集音したい方向である。
なお、本実施例ではマイクロホンが直線L上に配置されるが、組み合わせたときにマイクロホンがほぼ直線に並ぶ必要はない。例えば、マイクロホンはじぐざくになっていてもよい。じぐざぐとは、例えば隣接するマイクロホンが直線Lの上と下交互に配置されることを意図する。ただし、今回の実施例では全マイクロホンが直線L上に略並ぶ構成となっている。
マイクロホン保持部1の少なくとも一部が接触して組合わせた状態から変形しづらくなるように、マイクロホン保持部1は組み合わせられる。
第一の組み合わせ方法においても、第二の組み合わせ方法においても、マイクロホン保持部1は、マイクロホンが配置される配置面13ではなく、他のマイクロホン保持部1と組み合わさったときに、他のマイクロホン保持部1と接触する可能性がある接触面14で、他のマイクロホン保持部1と接している。
図3及び図4では、各マイクロホン保持部1がマイクロホンを保持する位置をCで示している。
第一の組み合わせ方法においては、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離D1(以下、「第一距離」とする。)は略同一である。第二の組み合わせ方法においては、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離D2(以下、「第二距離」とする。)は略同一である。ここで、第一距離及び第二距離は、異なっている。
このように、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよい。
このように、マイクロホン保持部1は、互いに切り離すことが可能であり、また、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができる。このため、従来よりもマイクロホンアレーの配置の変更を容易に行うことができる。
[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計の変更等があっても、本発明に含まれることはいうまでもない。
例えば、マイクロホン保持部1の形状は、図1から図3に示した形状以外の形状であってもよい。
例えば、マイクロホン保持部1の形状は、図5に示すように、半球形状の頭部11と、先端に近づくほど細くなる尾部12とを備えた形状であってもよい。尾部12は、先端に近づくほど曲がっている。図5Aは、マイクロホン保持部1の平面図であり、図5Bは、マイクロホン保持部1の背面図であり、図5Cはマイクロホン保持部1の右側面図であり、図5Dはマイクロホン保持部1の左側面図であり、図5Eはマイクロホン保持部1の正面図である。この場合、マイクロホンは、頭部11の内部(例えば、頭部11の中心)に配置される。
この形状のマイクロホン保持部1は、例えば図6に示すように三つ巴になるように組み合わせることができる。
組み合わせたときに、マイクロホンが所定サイズの球Sの外周に配置される。なお、組み合わせたときの重心が、球Sの中心となる。なお、図6の例においても、隣接するマイクロホン間を結んだ線分の長さDは略同じである。
また、マイクロホン保持部1は、図7に示すように、4個の立方体をT形状になるように組み合わせた形状であってもよい。
この図7のマイクロホン保持部1は、例えば図8に示すように組み合わせることができる。また、この図7のマイクロホン保持部1は、例えば図9に示すように組み合わせることもできる。図8及び図9は、図7のマイクロホン保持部1を組み合わせたマイクロホンアレーの平面図である。
図7から9では、マイクロホンが配置される位置をCで示している。
また、例えば、各マイクロホン保持部1は、少なくとも1個のマイクロホンを保持していてもよい。言い換えれば、マイクロホン保持部1の中には、2個以上のマイクロホンを保持しているマイクロホン保持部1があってもよい。
例えば、図1のマイクロホン保持部1の例では、配置面13に対向する面である配置面13aにマイクロホンが更に配置されていてもよい。例えば、配置面13に配置されるマイクロホンと同様に、配置面13a上の頭部11と尾部12の境界であって、半円柱形状の頭部11の中心に更なるマイクロホンが配置される。
すなわち、3個のマイクロホン保持部1のそれぞれが、2個のマイクロホンを保持してもよい。この場合、例えば、3個のマイクロホン保持部1のそれぞれの互いに対向する2個の配置面13,13aのそれぞれに、マイクロホンが配置される。
以上、マイクロホンアレーとして説明を行ったが、スピーカアレーでも同様の構成で実現されてもいいことは当然である。さらに、構造の組替えを可能とするスマートスピーカとして、マイクロホンアレーとスピーカアレーの両方の機能を有するように実現されてもよい。
言い換えれば、マイクロホン保持部1は、マイクロホンの代わりにスピーカを保持していてもよい。
1 マイクロホン保持部
11 頭部
12 尾部
13,13a 配置面
14 接触面

Claims (4)

  1. 2個以上のマイクロホン保持部を含むマイクロホンアレーであって、
    前記2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれは、1個のマイクロホンを保持しており、
    前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに切り離すことが可能であり、
    前記2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれが、他のマイクロホン保持部の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができ、
    前記互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で前記2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、前記互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、前記第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で前記2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよく、
    前記2個以上のマイクロホン保持部は、3個のマイクロホン保持部であり、
    前記第一の組み合わせ方法では、前記3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、所定の大きさの円における外周上に配置され、
    前記第一の組み合わせ方法は、前記3個のマイクロホン保持部が三つ巴になるような組み合わせ方法である、
    マイクロホンアレー。
  2. 2個以上のマイクロホン保持部を含むマイクロホンアレーであって、
    前記2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれは、1個のマイクロホンを保持しており、
    前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに切り離すことが可能であり、
    前記2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれが、他のマイクロホン保持部の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができ、
    前記互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で前記2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、前記互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、前記第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で前記2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよく、
    前記2個以上のマイクロホン保持部は、3個のマイクロホン保持部であり、
    前記第一の組み合わせ方法では、前記3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、所定の大きさの円における外周上に配置され、
    前記第二の組み合わせ方法では、前記3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、マイクロホン間を結ぶ直線が同一平面に存在するよう配置される、
    マイクロホンアレー。
  3. 2個以上のマイクロホン保持部を含むマイクロホンアレーであって、
    前記2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれは、1個のマイクロホンを保持しており、
    前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに切り離すことが可能であり、
    前記2個以上のマイクロホン保持部のそれぞれが、他のマイクロホン保持部の何れかに接するように、かつ、互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が所定の距離になるように、前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができ、
    前記互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の第一の組み合わせ方法で前記2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離と、前記互いに異なる2個以上の組み合わせ方法の中の、前記第一の組み合わせ方法以外の第二の組み合わせ方法で前記2個以上のマイクロホン保持部を組み合わせた場合の互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離とは、異なっていてもよく、
    前記2個以上のマイクロホン保持部は、3個のマイクロホン保持部であり、
    前記第一の組み合わせ方法では、前記3個のマイクロホン保持部にそれぞれ保持された3個のマイクロホンが、所定の大きさの円における外周上に配置され、
    前記3個のマイクロホン保持部のそれぞれは、2個のマイクロホンを保持しており、
    前記3個のマイクロホン保持部のそれぞれの互いに対向する2個の配置面のそれぞれに、マイクロホンが配置されている、
    マイクロホンアレー。
  4. 請求項1から3の何れかのマイクロホンアレーであって、
    互いに接する2個のマイクロホン保持部がそれぞれ保持する2個のマイクロホンの距離が略同一になるように、前記2個以上のマイクロホン保持部は、互いに異なる2個以上の組み合わせ方法で組み合わせることができる、
    マイクロホンアレー。
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