JPH02222400A - マイクロホン装置 - 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］ 本発明は指向性を有するマイクロホン装置に関するもの
である。

［発明の概要］ 本発明のマイクロホン装置は、略円錐状の曲面とされた
剛性を有する筺体の頂点位置に主マイクロホン素子を配
設するとともに、筺体内に例えば筺体周壁と一対の壁部
によって空間を形成し、この空間内に副マイクロホン素
子を取付けるとともに空間を形成する筺体周壁に複数の
音導孔を設けることによって音響ユニットとし、この音
響ユニットを筺体内に積層した状態で複数個設ける。そ
してさらに、各音響ユニット内の副マイクロホン素子か
らの出力信号には、主マイクロホン素子からの出力信号
が所定時間遅延されて加算されるように信号処理を行な
うようにしたものであり、指向性制御可能なマイクロホ
ン装置としてマイクロホン素子数を低減することができ
る。

［従来の技術］ 従来より、指向特性を備えたマイクロホン装置を実現す
る方法としては、−直線上あるいは同一平面上のある位
置関係に複数個のマイクロホン素子を配置し、それぞれ
のマイクロホン素子からの出力に対しである信号処理を
行なってから加減算を行なうことによって特定の指向特
性を得るという方法が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のマイクロホン装置の場合、明瞭度
（＃直接音レベル／残響音レベル）の高い集音ができな
いという問題があるとともに、指向特性が鋭（なればな
るほど、風の影響によるノイズレベルが高くなることが
知られており、例えば屋外で使用する際に大きな問題と
なっている。

また、使用条件（集音対象距離等）に応じて容易に指向
特性を変化させることのできるマイクロホン装置も要求
されている。

［問題点を解決するための手段１ 本発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、円
錐状に膨出した形状の剛性を有する筺体の頂点位置に主
マイクロホン素子を配設するとともに、筺体内部におい
て、筺体の周壁と一対の壁部によって空間を形成し、こ
の空間内においては一方に壁部に副マイクロホン素子を
取付けるとともに空間を形成する筺体周壁に複数の音導
孔を設けることによって音響ユニットとする。そして、
この音響ユニットは筺体内に積層した状態で複数個設け
る。さらに、各音響ユニット内の副マイクロホン素子か
らの出力信号には、主マイクロホン素子からの出力信号
が所定時間遅延されて加算されるようにすることができ
る信号処理手段を備えた構成としたものである。

［作用］ 剛体表面上にマイクロホン素子を配設することにより出
力信号の明瞭度及び集音感度の改善、風雑音低減といっ
た作用を得ることができるが、筺体上では副マイクロホ
ン素子のかわりに、複数の音導孔を設け、音響ユニット
内で副マイクロホン素子による集音を行なうことにより
同様の作用が得られるとともにマイクロホン素子の数は
削減できる。そして、主マイクロホン素子の出力を所定
時間遅延させて各副マイクロホン素子からの出力と加算
することにより所望の指向特性を得ることができる。

［実施例］ まず、マイクロホン素子を剛体表面上に配置した場合の
効果について第１図を参照して簡単に説明する。

第１図（ａ）に示すように、部屋Ｒ内においてスピーカ
ＳＰから瞬発者を発し、マイクロホンＭで集音すると、
マイクロホンＭの出力信号波形は第１図（ｂ）に示すよ
うに、スピーカＳＰからマイクロホンＭに直接到達した
直接音Ｐ。による信号成分Ｓｌと、室内で壁等に１回或
は数回反射してマイクロホンＭに到達した反射音Ｐ、Ｉ
及びさらに反射を繰返した音（残響音）による信号成分
Ｓ２が出力される。

これに対して、第１図（Ｃ）のように剛平板Ｗ上にマイ
クロホンＭを配置させた場合は、直接音ＰＤとほぼ同時
間でマイクロホンＭに達し、全ての周波数において直接
音Ｐ。と同位相の信号として得られる音Ｐ０°が生じる
ため、第１図（ｄ）に示すように、出力信号は信号成分
Ｓ１の部分のレベルが著しく増大する（約６ｄＢ増大す
る）。

このような実験等から、剛体表面上にマイクロホン素子
を配置するとマイクロホン装置の出力レベル（集音感度
）の増大、明瞭度及びＳ／Ｎ比の改善といった効果が得
られることがわかる（明瞭度４Ｓ、／Ｓ　、、剛体Ｗが
ない場合に比べ３ｄＢ改善される）。

また、剛体表面内にマイクロホン素子を埋込むように配
設することにより、マイクロホン素子の形状に伴って発
生していた素子周囲の風の乱流を防止することができ、
風雑音を減少させることができる。

このような作用を利用して本発明の基礎となる指向性マ
イクロホン装置の発明がなされ、まず、その基礎発明に
ついて第２図を参照して説明する。

この基礎発明は、膨出した曲面形状（逆°パラボラ状）
とされプラスチック等によって形成された剛性を有する
板状部材１０（以下、凸側曲面という）の頂点部分に主
マイクロホン素子１１を配設し、この主マイクロホン素
子を中心とした円周を４等分するように位置する複数の
副マイクロホン素子１２Ａ〜１２０を備え、さらに、主
マイクロホン素子１１からの出力信号に所望の遅延時間
を与えることのできる可変遅延回路１３を備えたもので
あり、ミキサー１５において、可変遅延回路１３から出
力利得調整回路１４を介して供給された信号と各副マイ
クロホン素子１２Ａ〜１２Ｄからの出力信号を加算して
出力するように構成したものである。

このように構成した場合、第３図の凸側曲面１０の側面
図から分るように、主マイクロホン素子１１と副マイク
ロホン素子１２Ａ−λ２Ｄの間は正面方向に向かって距
離にだけ離れることになるため、正面方向からの音波Ｐ
２が副マイクロホン素子１２Ａ〜１２０に到達する時間
は、主マイクロホン素子１１に到達する時間に比べて時
間τ（τ＝距離に／音速）だけ遅れることになる。この
ため、可変遅延回路１３の遅延時間をゼロとした場合、
音波ＰＦが例えばｆ、＝１／２工となる周波数ｆ。であ
ったときは、第４図（ａ）に示すように、ミキサー１５
に入力される主マイクロホン素子１１の出力Ｓ１と副マ
イクロホン素子１２Ａ〜１２Ｄの合計出力Ｓ１は逆位相
となり、マイクロホン装置の出力信号は、第５図の実線
で示すようにｆ０近傍で落ち込むような周波数特性とな
る。

しかしながら、可変遅延回路１３の遅延時間を徐々に長
くすることによって第５図の点線で示すようにｆ０近傍
の周波数特性が変化していき、遅延時間＝てとしたとき
は信号Ｓ、と信号Ｓ、が第４図（ｂ）に示すように同位
相となるため、加算された信号としてレベルの倍増した
信号Ｓ　ａｓが得られる。このため、第５図に一点鎖線
で示すような周波数特性の出力が得られる。

すなわち、周波数ｆ。付近の周波数帯域の音波Ｐ、を考
えた場合、正面方向から各マイクロホン素子に到達した
音波成分の出力レベルは可変遅延回路１３によって変化
させることができ、結果的に、正面方向以外からの音波
成分に対する感度を相対的に上下できる。したがって、
正面方向に対する指向特性を鋭（したり鈍（することに
より可変指向性のマイクロホン装置を実現できる。

以上のように、このマイクロホン装置は、可変遅延回路
における遅延時間を変化させるだけで任意の指向性を得
ることができ、さらに前述したように、凸側曲面１０の
作用により高出力、高明瞭度、及び風雑音の低減といっ
た効果も得ることができるが、指向性制御を有効に行な
うことができるのは、主副マイクロホン素子間距離Ｋに
依存する成る周波数帯域（上記ｆ。周辺帯域）内の音波
Ｐ、に限られている。

そこで、この基礎発明に基すいてさらに本発明の基礎と
なるマイクロホン装置として、広帯域の指向性を実現し
た改良発明がなされ、以下その改良発明について説明す
る。

第６図（ａ）に示すマイクロホン装置は、凸側曲面２１
上の頂点位置に主マイクロホン素子２１を配設し、周囲
に３段の副マイクロホン素子群（２２Ａ　〜２２ｎ、２
３Ａ　〜２３ｎ、２４Ａ　〜２４ｎ）が正面方向にそれ
ぞれに１．に２．Ｋａの距＊＃　（音波の到達時差がそ
れぞれτ１．て２．て３である距離）で配設されるよう
にしたものである。

主マイクロホン素子２１からの出力は、第６図（ｂ）に
示すように、可変遅延回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃに供
給され、可変遅延回路２５ａの出力は出力利得調整回路
２６ａを介してミキサー２７ａにおいて、第１段目の副
マイクロホン素子２２Ａ〜２２ｎの出力と加算される。

同様に可変遅延回路２５ｂ、２５ｃの出力も出力利得調
整回路２６ｂ、２６ｃを介してミキサー２７ｂ、２７Ｃ
において２段目、３段目の副マイクロホン素子２３Ａ〜
２３ｎ、２４Ａ　〜２４ｎの出力と加算され、この３系
列の信号はそれぞれバンドバスフィルタ２８ａ、２８ｂ
、２８ｃを介してミキサー２９に供給され、最終的に加
算されて出力される。

バンドパスフィルタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、それぞ
れｆ。（＝１／２τ、）、ｆｍ　（＝ｌ／２１：２）、
ｆ　Ｌ　（＝１／２℃、）の周波数を中心に設定されて
おり、このように構成する場合、可変遅延回路２５の遅
延時間をゼロとすると、ミキサー２９からの出力信号は
第７図の実線で示すような周波数特性となる。つまり、
ｆ、、ｆ、、ｆｔ、の音波はそれぞれミキサー２７ａ、
２７ｂ。

２７ｃで加算される際に主及び副マイクロホン素子から
得られる信号が逆位相となっているためである。

ところが、可変遅延回路２５ａ、２５ｂ、２５Ｃにおけ
る遅延時間を徐々に長くすることにより、ミキサー２７
ａ、２７ｂ、２７ｃの出力は前述した基本発明の場合と
同様の理由により、それぞれｆ、、ｆ２、ｆＬの周波数
を中心として強調されることになる。そして、可変遅延
回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃにおいて遅延時間がそれぞ
れて１．て２．τ３となったとき、ミキサー２７ａでは
ｆ）ｌを、ミキサー２７ｂではｆＭを、ミキサー２７ｃ
ではｆｔ、を、それぞれ中心とした帯域の信号が最大レ
ベルとなって出力され、それぞれバンドパスフィルタ２
８ａ、２８ｂ、２８ｃを介してミキサー２９に供給され
るため、ミキサー２９の出力信号は、第７図に点線で示
したような周波数特性を有することになる。つまり、可
変遅延回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃをコントロールする
ことによって、正面方向からきた音波を集音した際の出
力レベルは、広い周波数帯域内で制御可能となり、すな
わち、広い帯域内で指向性コントロールができることと
なる。なお、各可変遅延回路における遅延時間は常に一
定の比を保つように連動制御されることがのぞましい。

ところで、この改良発明には、かなり多数のマイクロホ
ン素子が必要になる。このことは当然ながら、製造コス
トの上昇、小型化への障害等の問題が発生することにな
る。さらに、各段のｎ個の副マイクロホン素子は感度、
特性等が一様であるのが理想であるが、それを要求する
ことは困難である。

そこで、これらの発明を基礎として、これらの基礎発明
と同様の効果が得られるとともに、広帯域化及びマイク
ロホン素子数の低減化、を同時に達成することができる
マイクロホン装置として本発明がなされた。

第８図は本発明の一実施例を示し、３０は略円錐状に形
成され剛性を有する筺体、３１は主マイクロホン素子で
あり、筺体３０内には副マイクロホン素子を有する音響
ユニットＵ、、Ｕ２．Ｕ３が設けられている。各音響ユ
ニットＵ・Ｉｔ　Ｕ２゜Ｕ□は、筺体３０の周壁と一対
の壁部Ｗｆ、Ｗｒによって仕切られた空間内に各々１つ
の副マイクロホン素子３２，３３．３４が一方の壁部Ｗ
　ｒ　＋Ｗｒｚ、Ｗｒ３の壁面上に取付けられている。

そして、一対の壁部Ｗｆ、Ｗｒとともに空間を形成する
筺体周壁部には音導孔りが複数個設けられており、この
音導孔りから音響ユニット内に入り込んだ音波が各副マ
イクロホン素子３２，３３゜３４によって集音されるも
のとなっている。

各音響ユニットの配置位置は音導孔りの位置にともなっ
て決定されるものであり、各音導孔り群は筺体３０の頂
点位置からそれぞれ正面方向にに、、に、、に、の距離
の位置（音波の到達時差がそれぞれて１．　２．１３で
ある距離）に設けて られる。すなわち、前述した本発明の基礎となる第６図
の発明において副マイクロホン素子を配置した位置に音
導孔りが設けられており、本実施例ではこの音導孔りを
副マイクロホン素子のかわりとして利用することになる
。つまり、各音導孔りから音波を導入し、導入された音
波は音響ユニット空間内で音響的に混合され、その音響
エネルギーの総和が音響ユニット内の副マイクロホン十
子で集音され出力されるという構成をとるものである。

従って信号処理回路としては第８図（ｂ）に示すように
、第６図（ｂ）の回路と同様に主マイクロホン素子３１
からの出力は可変遅延回路３５ａ、３５ｂ、３５ｃ及び
出力利得調整回路３６ａ、３６ｂ、３６ｃを介してミキ
サー３７ａ。

３７ｂ、３７ｃに供給されるが、加算される信号はそれ
ぞれ１つの副マイクロホン素子からの出力のみである。

加算された信号はバンドパスフィルタ３８ａ、３８ｂ、
３８ｃを介してミキサー３９においてさらに加算され、
出力される。

この本発明の実施例の場合、音導孔りから音響ユニット
内に導入される音波は、前述した第６図の各副マイクロ
ホン素子に集音される音波と同様に、主マイクロホン素
子に集音される音波に対してて１．て２．て３の時差を
もつことになるため、指向性制御については第６図の実
施例と全く同様に、可変遅延回路３５ａ〜３５ｃにおけ
る遅延時間を変化させることにより、広い周波数帯域で
任意に設定できるものである。そしてさらに、副マイク
ロホン素子は各音響ユニット（距離Ｋによって設定され
る周波数帯域毎）に１つで十分であり、素子数の低減化
からコストダウン、小型化の容易性といった効果が発生
するとともに、数が１つであるため、当然、マイクロホ
ン素子間の特性を一致させるように考慮する必要も全く
な（なる。

なお、本実施例においては、主マイクロホン素子に対し
ても音響ユニットを設けるようにしてもよい０例えば第
８図（Ｃ）に示すように、筺体３０の先端部と壁部Ｗｒ
、によって空間を形成し、壁部Ｗ　ｒ　ｍ上に主マイク
ロホン素子３１を配設するとともに筺体先端部に複数の
音導孔りを設けるようにすることが考えられる。

また、音響ユニットとなる空間以外の空間１例えば壁部
Ｗｒ＋とＷｆ、の間の空間等には、グラスウール等を充
填しておくことにより、各音響ユニット内に集音された
音波が相互に干渉してしまうことを防止することができ
る。

なお５本実施例においては、基本発明において得られて
いた剛性体上にマイクロホン素子を設置した場合の効果
も失われることはない。すなわち、副マイクロホン素子
が筺体上に配置されなくても、同様の作用を音導孔りに
よって得ることができるためである。

本発明により、マイクロホン装置として小型化を達成し
、例えばビデオカメラに搭載するとともに、ズーム機能
に対応して指向特性を自動的に変化させるようにするこ
とにより、有効的な利用ができる。

［発明の効果１ 以上説明し、て、きたように、本発明のマイクロホン装
置は、円錐状の剛性を有する筺体の頂点位置に主マイク
ロホン素子を配設するとともに、複数の音導孔が形成さ
れた音響ユニット内に副マイクロホン素子を配置させる
ようにしたため、遅延回路における遅延時間を設定する
ことにより、広い周波数帯域において任意の指向特性を
得ることができるマイクロホン装置として、マイクロホ
ン素子数を大きく削減することができ、コストダウン、
小型化、簡易化を容易に達、成することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は剛性を有する板状部
材上にマイクロホン素子を配置した場合の効果の説明図
、第２図は本発明の詳細な説明の主要部の説明図、第３
図は第２図の発明の凸側曲面を側面から示した主要部の
説明図、第４図（ａ）（ｂ）は周波数ｆ０のときの遅延
時間の説明のための波形図、第５図は第２図の発明の出
力周波数特性を示す説明図、第６図（ａ）（ｂ）は本発
明の基礎となる改良発明の詳細な説明図、第７図は第６
図の改良発明の出力周波数特性を示す説明図、第８図（
ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の一実施例の説明図である。 ３０は筺体、３１は主マイクロホン素子、３２〜３４は
副マイクロホン素子、３５ａ〜３５　ｃ　Ｉ、ｉ可変遅
延回路、３７ａ〜３７ｃ、３９はミキサーＵ１〜Ｕ３は
音響ユニット、Ｗｆ、Ｗｒは壁部を示す。 Ｑ 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　略円錐状の曲面形状を有する筺体の頂点位置に配置さ
   れている主マイクロホン素子と、前記筺体の内部をその
   長さ方向の軸とほぼ直交する面で区画して１又は２以上
   の空間を形成し、該空間の周壁に開口されている音導孔
   より導入された音響波を検出する１又は２以上の副マイ
   クロホン素子を備え、前記副マイクロホン素子の出力信
   号には、前記主マイクロホン素子の出力信号を所定時間
   遅延させて加算する信号処理手段を設けられていること
   を特徴とするマイクロホン装置。