JPH01105700A - 収音エリア選択形マイクロホン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、収音しようとするエリアを選択できるマイク
ロホンに係わり、特にマイクロホンと収音じたい音源と
の間に雑音源がある場合の収音に用いて好適なマイクロ
ホンに関する。

〔従来の技術〕

一般的に、ビデオカメラを用いた録画システムでは、音
声収録に単一指向性マイクロホンが使用されている。こ
のため、ビデオカメラのズーム機能に１って画像はズー
ムアツプされるが、音声はズームにかかわらず常に一定
で６９．録ｔｉｌｌ内像と収録音声との間にズレが生じ
てしまい、不自然となる。

この点を改畳する方法の１つとして、特開昭５６−５５
５９６号公報に示されるような指向性全可変で　−きる
マイクロホン金使用し、ズームアツプのとき゛　には指
向性を鋭くシ、ズームダウンのときには指向性を鈍くす
るものがある。

仁れにより、ズームアツプまたはズームダウンを行なう
几場合に画像と音声とのズレを解消でき。

自然な一体感を得ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

“　　しかしながら、上記従来例のような指向性を可２
するマイクロホンでは、ズームアツプする対象物とマイ
クロホンとの間にあるすべての音を指向性の範囲で収音
してしまう友め、この指向性内に対象物が発する音より
も大きな音（例えば、工事中の騒音、車の騒音など）が
存在する場合には、対象物からのｆ？収音できなくなっ
てしまう。

そこで、本発明の目的は、上記従来例の欠点を解消すべ
く、ビデオカメラ等でズームアツプする対象物近辺の音
のみを選択的に収音する収音エリア選択形マイクロホン
を提供することにある。

〔問題点全解決するための手段〕

上記目的は、１次元的あるいは平面的あるいは立体的に
配置した複数のマイクロホンと、これらマイクロホンの
出力を増幅するアンプと、各アンプ出力に重み付ｆｆ！
する係数回路と、各係数回路の出力を加算する加算回路
とで構成することにより、達成嘔れる。

なお、上記係数回路の係数値により、本発明は大きく２
つに大別できる。

１つは、各係数［″ｆｒニ一定値とするものであり、他
は、各係数１１！を異ならせるものである。

〔作用〕 今、第１図、第４図及び第６図に示す工うに収音し几い
対象物は、マイクロホンから遠い距離にめり、他の妨害
音源（車騒音や工事騒音など）がマイクロホンと収音し
たい対象物との間にあり、かつ、マイクロホンから近い
距離にあるとする。

収音したい対象物からの音は、はぼ平面波としてマイク
ロホンに入力し、妨害音は球面波としてマイクロホンに
入力することになる。

ここで、複数のマイクロホンを一次元的あるいは平面的
あるいは立体的に設置し、かつ、各マイクロホンと妨害
音源との距離が異なっている。

このため、各マイクロホンにて得られる妨害音は、各マ
イクロホンと妨害音源との距離の差Δ１に応じ九位相差
及び時間遅延を有している。

一方、収音したい対象物からの音は、平面波として各マ
イクロホンに入力するため、はぼ位相が揃っている。

このため、各マイクロホンからの出力信号に同−恵み付
けをして加算すると、妨害音は位相の異なる信号が加算
され、収音し危い音は位相の揃っ友信号か加算されるこ
とになり、収音したい曾と妨害音とのエネルギー差金床
げることが可能となる。

この結果、収音したい対象物の近傍のみの音が収音嘔れ
ることになる。

また、各マイクロホンより得られる妨害音は、時間的遅
延を有しており、収音したい対象物の音は時間的遅延が
ない。そこで、各マイクロホンで得られる妨害音の時間
的遅延量の差が一定値となる工うに複数のマイクロホン
を設置すると、各マイクロホンから得られる信号は、第
６図に示すように妨害音に対してはトランスバーサルフ
ィルタを構成することができるＣ、よって、各マイクロ
ホンの出力に対して異なる重み付けｔ与えることで妨害
音に対して様々のフィルタ特性−例えば、低域通過特性
や、帯域除去特性など−を付すことができる。一方、収
音したい音に対しては遅延がないために、各重み付けを
行なってもフィルタ特性は生じない。

その結果、妨害音を抑圧し、収貴し危い対象物の近傍の
みの音が収音できることになる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図でめる。

第１図において、１はｎ　ｙ×ｎ　ｚ個のマイクロホン
素子が配電源れ友マイクロホン装置であり、これらｎ　
ｙ　Ｘ　ｎ　ｚ　個のマイクロホン素子は同種同感度の
マイクロホン素子から成っている。２はマイクロホン装
置１で受信したい主音源であり、３はマイクロホン装置
１で抑圧したい雑音源である。マイクロホン装置１の具
体的構成は第２図に示しており、マイクロホン素子４，
５，６，７．・・・で得られ九信号を各々ＦＩＴ　８．
９．　１０．　１１．・・・及び負荷抵抗１２で各１；
１の割合で加算し、増幅器１３で増幅して出力端子１４
に出、力される。

本実施例では、主音源２０目的音が選択的に出力端子１
４に出力され、雑音源３の不要音は抑圧される。その原
理を第１図を用い説明する。

一般に、主音源２とマイクロホン装置１の距離りは、マ
イクロホン装置１の大きさり、、ＤＱに比べ十分に大き
いので、主音源２からの信号は平面波とみなせる。これ
に対して、雑音源Ｓとマイクロホン装置１の距＃ｌ１１
はマイクロホン装置１の大きさり、、Ｄ２　に比べ十分
大きくないので、雑音源５からの信号は球面波として見
なせる。し九がりて、雑音源３からの信号は座標（Ｙｏ
ｅ　Ｚｌ）　）に配置されたマイクロホン素子までの距
離１と、座標（Ｙ、、Ｚｊ）に配置されたマイクロホン
素子までの距離１′の差Δ１により位相差が生じ、との
ｔめマイクロホン装置１のｎ、Ｘｎ２個のマイクロホン
素子からの信号を全て加算することで雑音源３の信号を
抑圧できる。

いま、雑音源３の単位距離における音圧振幅をＰｏ　　
とすると、マイクロホン装置１上の座標（Ｙ、。

ｚｊ）にｃｔ！置され次マイクロホン素子で受信される
音圧Ｐ（ｒ、ｔ）は（１１式で与えられる。

Ｐ（ｒ、ｔ）”−ｅｘｐ（ｊ（ｗｔ−ｋｒ）Ｉ・・曲−
・聞（１１瞬時音圧Ｐは（１）式の実数項であるのでＯ ｐ（ｒ、　ｔ　）＝　−ｃｏｓ　（ｗｔ−ｋｒ　）−・
−・（２１となる。

マイクロホン装置１のれ、Ｘｎ２（Ｄ’ｌのマイ／Ｉ）
７ｊｔン素子で受信される音圧の和Ｐｒ１ｍ、（２１式
をマイクロホン素子の個数で和分し時間平均１周波数平
均をとると得られ（３１式となる。

本実施例の効果の一例を第５図に示す。これは周波数帯
域ｔ−２００Ｈｚ〜２００００Ｈｚとし、雑音源５とマ
イクロホン装置１との距離１に対するマイクロホン装置
１に受信される雑音源３の音圧レベルを示すものでるる
。第３図において、ａは座標（Ｙ。

Ｚ）−（０１０）にマイクロホン素子を１個配置した場
合、ｂはＤＹ”１ｔｎ　Ｄｚ−０としＹ軸上のみに等間
隔にマイクロホン素子を９個配置した場合、ＣはＤＹｍ
Ｄｚ謡１ｍ　　としマイクロホン素子全９個（ｎｙ＝ｎ
ｚ−３）ｇｌＩｌ！置し几場合である。従来はマイクロ
ホン素子を１個用いているためａＫ示す特性である。

これに対して本実施例のようにマイクロホン素子の配置
を１次元に展開することでｂに示すように雑音源５の不
要信号を７ｄＢ〜９ｄＢ抑圧することができる。更には
、マイクロホン素子の配置ｔ−２次元に展開することで
Ｃに示すように１次元の場合工９更に１ｄＢ〜２ｄＢの
効果を得ることができる。

これまでマイクロホン素子全１次元及び２次元に配置す
る実施例について説明してきたが１次にマイクロホン素
子全５次元に配置する実施例について第５図を用−て説
明する。

第５図に示すようにマイクロホン装置３１にはｎｘｘｎ
Ｙｘｎｚ個のマイクロホン素子が配置されている。また
、マイクロホン素子からの信号の取９出し方及び加算比
は、第１図の場合と同様である。

第１図の場合と同様に、雑音源３の単位音距離における
音圧振幅ｔＰｏとすると、マイクロホン装置５１の座標
（Ｘ、　Ｙｌ、Ｚｊ）に配置されたマイクロホン素子で
受信される音圧Ｐ（ｒ、ｔ）は（４）式％式％ 瞬時音圧Ｐは（４）式の実数項であるのでＯ ｐ　（ｒ、　ｔ　）ｍ　−ｃｏｇ　（ｗｔ−ｋｒ＋φ片
・・・・曲（５）となる。

マイクロホン装置３１のｎＸＸ！ＩＹｘｎｚ個のマイク
ロホン素子で受信される音圧の和Ｐｃは、所望の信号れ
中を考慮して（５１式をマイクロホンの個数で和分し、
時間平均１周波数平均金とると得られ（６）式となる。

本実施例の効果の一例をＷ！１５図に示す。これは周波
数帯域？２００Ｈｚ〜２０口ｏｏＨ２とし、雑音源３と
マイクロホン装置′１との距Ｉｌｌに対するマイクロホ
ン装置１に受信される雑音源３の音圧レベルを示すもの
である。第５図において、Ｃは第３図に示したのと同じ
であり、マイクロホン素子を２久元に９個（ｎｙ＝ｎｚ
−３）配置した場合である。これに対しｄはＤＸｗＤＹ
ｘＤｚｘ　１　ｍとし、マイクロホン素子を８個（ｎｘ
＝ｎＹ＝ｎ２−２）配置した場合である。この工うにマ
イクロホン素子を６次元に配置することで、より近距離
に存在する雑音を抑圧することができる。

以上述べた実施例では、第１図及び第４図に示すように
第１象現のみについて説明し九が、第２象現、第５象現
、第４象現に発展させても良い。

次に、各マイクロホン素子から供給される音声信号の加
算比を寂化させることにより、マイクロホン素子数の削
減を計った実施例について、第６図音声いて説明する。

ｙｌＦ、６図は、複数マイクロホンの配置模式図及びマ
イクロホンより供給δれる音声信号の処理系を示すブロ
ック図である。第６図において、２は主音源、５は雑音
源、１００はマイクロホン装置、１０１は増幅装置、１
０２は加算回路、１０３は出力端子である。そして、Ｓ
は主音源２より発生される必要音声を表わし　Ｎは雑音
源３より発生される不要音声を表わしている。尚。

本実施例では上記の主音源２はマイクロホン装置１００
から十分はなれており、必要音声Ｓは平面波としてマイ
クロホン装置１００到達し、一方、雑音源３はマイクロ
ホン装置１００に近く、不要音声Ｎは図中の点線１０４
に示すような球面波として到達するものとする。以下、
第６図に示す実施例における不要音声Ｎの抑圧動作につ
いて説明する。

第６図において、マイクロホン装置１００は、複数のマ
イクロホン１ｏＯ−０，・・・・・・１００−ｎｔ−所
定の間隔だけ隔てて、同一直線上に配置し友構成となっ
ている。上記の各マイクロホンの設置位置は、基準マイ
クロホン１００−０と、雑音源３との距＃ｌ！１によっ
て決定され、第６図に示すように、各マイクロホン１０
０−１．１００−２．・・・、１００−ｎと、雑音源３
との距離と、距１１１ｄとの差が所定距離λＢの整数倍
となるようにしている。（所定距離λＢについては後は
ど説明する。）各マイクロホンを上記−成にすることに
工９、不要音声Ｎは各マイクロホン１００−０．１００
−１．−１００−ｎにそれぞれ止り（マは音速、ｎは各
マイクロホンの添数字０〜ｎｔ−表わす。）だけ遅延し
て到達する仁とになり、一方、必要音声８は平面波とし
て来るので時間差の無い同一位相で各マイクロホンに到
達する。上記の如く、各マイクロホ７１００−０．１０
０−１．−”−、１００−ｎに到達した必要音声８及び
不要音声Ｎは電気信号に変換されて、増幅装置１０１へ
供給される。

従って、上記のマイクロホン構成により、各マイクロホ
ンより供給される不要音声信号成分はそれぞれｎずつ遅
延した信号となって−るので、第、６図は等測的に第７
図に示す装置と同様に考えることができる。第７図にお
いて、１０４は、不要音声信号ＥＮの入力端子、１０５
は必要音声信号Ｅ８の入力端子、１０６は遅延装置、１
０７及び１０７−は増幅装置である。尚、　１０２　、
１０５は第６図に示し几同−符号ブロックと同一動作を
するものである。

第７図において、不要音声信号ＩＮが供給されている遅
延装置１０６、増幅装置１０１、及び加算回路１０２は
、単位遅延量ｔＢ　（ただし、τＢ−！−！Ｌ）。

タップ数ｎ＋１個のトランスバーサルフィルタを構成し
ている。従って１本実施例では、上記トランスバーサル
フィルタにより、不要音声信号ＥＮの可聴帯域成分を充
分に減衰し、必要音声信号ＥＳだけが聴こえるようにす
るものである。

ではここで、上記トランスバーサルフィルタの具体的−
例として、マイクロホンを９台（ｎ−８）用い、タップ
数′ｔ−９とじ友場合について説明する。

また、設計を容易とする几め、タップ係数（増幅装置１
０７の利得）は左右対称とする。従って、このトランス
バーサルフィルタの伝達関数Ｈ１ｚｌはＨ（ｚ＋ａ４＋
ａ３ｚ　＋−＋ａｏｚ　＋−＋ａ３ｚ　−ｈ４ｚ　　−
（７１ここで、ａＯ／−ａ４ハタツブ係数、ｚ　−、ｉ
ｗＴとなる。従って、伝達関数Ｈ（ｚｌの周波数応答Ｇ
（ｗＴ）は。

Ｇ　（ｗ　Ｔ　）　＝ａ　ｏ　＋　２　　Σａｋ　Ｃｏ
ｓ（ＫｌｌｗＩＩＩ片・曲・・・・・・（８）Ｋ冨１ となる。

今、タップ係数ａ。Ｎａ４　を第８図の（１）欄に示す
値とした時の周波数特性？ｉ！９図に示す。第９図で横
軸は周波数を表わすが、ここでは１周期がトランスバー
サルフィルタの単位遅延時間τＢである周波数で、正規
化しており、ＦＲ軸の１は周波数１／ｖ８を表わしてい
る。また、周波数が１／ｒ　６以上の帯域については１
周波数が０から１／１８の特性の繰り返しとなる。なお
、不要音声信号ＦｉＮを抑圧する上記トランスパーサル
フィルタの周波数特性を左右する単位遅延量ｖ８は先に
も記したよ１は±＝ｖ−となる。従って１例えば不要音
声信ｆ８　λＢ 号ＥＮの帯域として、　ＯＨｚ〜１０ＫＨｚｋ考えると
２Ｖ／λｓ　ｍ　１０ＫＨｚ、即ちλ８　ｍ　＆　４　
ｍとなり、第６図に示したマイクロホン装置１００にお
ける各！イクの配置は一意的に決定される。

一方、第７図において、入力端子１０５より入力され次
必要・音声信号ＥＳは、タップ係ｌ＆を発生する増＠装
置１０７と同一特性を有する増幅装置１０７ゝを介して
、同一タイミングで加算され、何ら抑圧されることなく
出力端子１０３より出力される。

ところで、一般に、マイクロホン出力信号は、マイクロ
ホンと音源との距離に反比例して減衰する。従って、第
６図に示す増幅装置１０１は、第６図に示し危タップ係
数用増幅装置１０７の利得に。

距ｍを補償する補正利得を掛は合わせた利得に設定する
必要がある。この補正利得は、例えば、雑音源３との距
離が最端の１となる基準マイクロホン１００−０の出力
信号に対して利得を１とし、以λ８＋１２λ８＋１ｎλ
ｇ＋１ 下、　ｌ’ｌ’　・・・　、　と大きくする。−例とし
て、ｌ＝２ｍ、λ日−五４（至）の場合の補正利得を第
８図の（２１ｓに示す。このように、第６図に示し九増
幅装［１０１は、上記タップ係数と補正利得と金掛は合
わせた利得、例えば第８図の（３）欄に示す利得に設定
することにエリ、不要音声信号ＩＮは第９図に示すよう
に、可聴帯域を大幅に減衰することができる。

上記第６図に示し九マイクロホンの定量的特性の一例ｔ
ｉ　　　図の（１）に示す。この第１０図りグ／Ｆ７（
１１は、上記のマイクロホン９個、各増幅器１０１−０
．１０１−１．・・・１０１−ｎの利得金弟８図に示し
比値とし次場合の、マイクロホンと音源との距離に対す
る音声抑圧量を示している。図から解かるように雑音源
３が設置されている２ｍの地点で一１８ｄＢの減衰量が
得られている。尚、第１０図のグラフ（１）は具体的−
例でめ９１例えば、マイクロホンの本数、即チトランス
バーサルフィルタのタップ数を増やせば工９−層大きな
減衰量が得られることは明らかである。

以上説明し友ように本実施例に工れば、必要音声を何ら
変化することなく、雑音源から発せられる不要音声の可
聴帯域のほとんどを充分に減衰することができ、必要な
音声信号だけを取り出すことができる。

主起実施例では、抑圧する雑音源がマイクロホン装置か
ら一定距ｊｉｇ！１だけ離れている場合について説明し
て′＠九が次に、雑音源とマイクロホン装置の距離が、
変化しても、雑音源の不要音声を抑圧することができる
実施例について述べる。第１１図に本実施例のブロック
構成を示す。第１１図において、１０８はスイッチであ
り、それ以外の１００゜１０１、１０２．１０５は、第
６図で説明したものと同一ブロックである。筐たＳは必
要音声、Ｎは不要音声である。第１１図において、スイ
ッチ１０８は。

マイクロホンの出力信号を選択して、増幅装置１０１へ
供給する働きをしている。その切り換えは。

雑音源までの距廟の遠近に工９行ない、増幅装置１０１
の各増幅器１０１−１．１０１−２．・・・１０１−ｎ
の入力ｇＩ号が、不要音声に対しそれぞれａ６．２！−
６，・・・・・・　　　　ｖ ｎλＢ −ずつ遅延した信号となるようにマイクロホン出力を切
り換える。例えば第１１図に示すように５つのマイクロ
ホンを一単位として、それぞれ、雑音源までの距離ｔ１
ｍｍ　　５ｍｓ　　５ｍと設定し。

マイクロホン配置を決定すれば、マイクロホン装置付近
から１０ｍ付近までの雑音源から発生される不要音声信
号を選択的に抑圧可能とできる。

ま几、第６図及び第１１図に示した実施例においては、
必要音声Ｓが平面波としてマイクロホン装置１００に到
達する場合について述べてるるか、必要音声Ｓを発生す
る主音源２が、ある程度マイクロホン装置１００に近く
、必要音声Ｓも球面波として到達してくる場合の実施例
を第１２図に示す。

第１２図において、　２．３，１００　、１０１．１０
２゜１０３は、第６図に示したブロックと同一ブロック
である。！１ｇ１２図に示したマイクロホン装置が。

第６図のものと最も異なる点はり各マイクロホン１００
−０．１００−１．・・・１０Ｇ−ｎを第１２図に示す
ように主音源２から等距１ｉｌｌＬとなる円弧上（図の
点線１０９上）に配置したことである。上記のように。

各マイクロホン１００−０．１００−１．・・・１００
−ｎを主音源２から等距ＭＬとすることにより、各マイ
クロホンには、必要信号Ｓが同一タイミング到達し。

従って、増幅装置１０１ヲ介して加算回路１０２で加算
されても、何ら減衰されることは無い。一方、雑音源Ｎ
より発せられる不要信号Ｎは、各マイクロホン１００−
１．１００−２．・・・１００−ｎにそれぞれ１神（Ｖ
は音速、ｎは各マイクロホンの添数芋）ずつ遅れて到達
する。従って、第６図及び第７図で説明したトランスバ
ーサルフィルタ効果により、可聴帯域を大幅に減衰され
る。上記第１２図に示したマイクロホン装置の定性的特
性の一例を示したのが第１０図のグ２７（２１である。

これは、マイクロホンと雑音源との距ｊｌ　ｌ　ｆ　２
　ｍ　、マイクロホンと主音源との距離Ｌｉ１０ｍとし
た場合である。

主要音源２の設置されている１０．０地点では減衰量Ｏ
ｄＢ、雑音源３の設置されている２ｍの地点では減衰量
−１８ｄＢを得ている。

以上説明したように１本実施例によれば、雑音源と主音
源がある程度、近接されているような場合においても、
不要音声を抑圧し、必要音声を抽出することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、収音したいエリア近傍のみを収音でき
るために、収音対象とマイクロホンの指向性範囲内の間
に、車による騒音や工事による騒音などの妨害音源がる
る場合にも良好に目標物を収音でき、その効果は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図に示したマイクロホン装置の具体的構成図、第５図
はｌ／ｆ、１図の実施例の効果を説明するための特性図
、第４図は他の実施例を示す構成図、第５図は第４図の
実施例の効果を説明する友めの特性図、第６図は他の実
施例を示す構成及びブロック図、第７図は第６図の実施
例の等価ブロック図、第８図は第６図の実施例における
増幅装置の利得の一例金示す説明図、第９図及び第１０
図は不要音声の抑圧効果の一例を示す特性図、第１１図
及び第１２図はその他の実施例を示す構成及びブロック
図である。 １、　３１．１００・・・マイクロホン装置、２・・・
主音源、５・・・雑音源、４〜７・・・マイクロホン素
子、８〜１１・・・ＦＥＴ、１３・・・負荷抵抗％　１
３．１０１・・・増幅器。 １０２・・・加算回路、１０６・・・遅延装置、１０８
・・・スイッチ。 ど− 代理人　弁理士　小川勝馬　ゝ゛− 第　３図 Ｊｌ（ｍ） 第５１￥１ 第′７１．￥１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも３個以上のマイクロホンを音源に対面さ
   せ、かつ、各マイクロホンと音源との距離が異なるよう
   に配置し、これらマイクロホンからの出力を各々重み付
   けしたのち、加算して取出すように構成したことを特徴
   とする収音エリア選択形マイクロホン。