JPH0566255A - 音源の方向を探知するマイクロホン - Google Patents

音源の方向を探知するマイクロホン

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JPH0566255A
JPH0566255A JP25418991A JP25418991A JPH0566255A JP H0566255 A JPH0566255 A JP H0566255A JP 25418991 A JP25418991 A JP 25418991A JP 25418991 A JP25418991 A JP 25418991A JP H0566255 A JPH0566255 A JP H0566255A
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JP
Japan
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output
microphone
sound source
microphones
synthesizer
Prior art date
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Application number
JP25418991A
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English (en)
Inventor
Yasuo Maekawa
泰夫 前川
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PURIMO KK
Original Assignee
PURIMO KK
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動、風により雑音を生じ難い無指向性マイク
ロホンを使用して、音源の方向を探知するマイクロホン
を得ようとする。 【構成】一つの円周上に等間隔で4個の無指向性マイク
ロホンM1 、M2 、M3 、M4を配置し、基線である一
つの直径上にあるマイクロホンM1 、M2 について、各
一つのマイクロホンの出力と他のマイクロホンの遅延回
路D1 又はD2を経た出力とを合成器C1 又はC2 に入
れて、両者の差の出力Vs1、Vs2を得る。同様にして基
線と直交する直径上のマイクロホンンM3 、M4 につい
て各一方の出力と遅延回路D3 又はD4 を経た他方の出
力とを合成器C3 又はC4 に入れて、両者の差の出力V
s3、Vs4を得る。次に出力Vs1、Vs2の差の出力Rm を
合成器Cmにより得、出力Vs3、Vs4の差の出力Rs を
合成器Cs により得、出力Rm 、Rs を判別器2に入れ
て、音源方向と基線との角度を知る。更に、音源の音圧
レベルの高低の影響をなくす回路を付設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明のマイクロホンは、音源
の方向を探知するのに利用する。
【0002】
【従来の技術】マイクロホンに到達する音波を受けて、
その音源の方向を知るには、指向角を著しく狭くした、
いわゆる超指向性マイクロホンを使用し、機械的に回転
する装置にこのマイクロホンを取付けてマイクロホンの
方向を連続的に変え、マイクロホン出力の最大となる方
向を求めて音源の方向を知るようにしていた。
【0003】又、近年、複数のマイクロホンを並べて配
置したアレーマイクロホンを使用し、デイジタル信号処
理技術の手法を用いて音源の方向を知るようにした方法
も提案されているが、これは装置が大規模になるため、
簡単な方向検知センサ等には不適当である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】超指向性あるいは単一
指向性マイクロホンは、その構造上、背面あるいは側面
を大気に開放しておかなければならない性質があるか
ら、これを音響機器に組込む際に、構造上、組込み場所
の制約を受けることが大きく、又これを組込むケーシン
グも大きくなることが避けられなかった。
【0005】又、指向性マイクロホンは、機械的振動や
風を受けたときに雑音を生じ易いという欠点を持ってい
るので、単一指向性マイクロホンを機械的に回転させつ
つ音源の方向を探知すると雑音が入り易い。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、振動や風に
より雑音を発生することが比較的少なく、構造が簡単な
無指向性マイクロホンを使用して、背面あるいは側面を
大気に解放して用いなければならない指向性マイクロホ
ンの欠点をなくした音源の方向を探知するマイクロホン
を得たものであって、基本的構成を示す図1のように、
一つの円周上に等間隔では配置した同性質の4個の無指
向性マイクロホンM1 、M2 、M3 、M4 のうち、一つ
の直径(基線1)の両端に位置するマイクロホンM1
2 の一方のマイクロホンM1 の出力V1 、及び他方の
マイクロホンM2 の遅延回路D2を経た出力Vd2を合成
器C1 を通して得た差の出力Vs1と、上記一方のマイク
ロホンM1 の遅延回路D1 を経た出力Vd1、及び他方の
マイクロホンM2 の出力V2 を合成器C2 を通して得た
差の出力Vs2を合成器Cm に入れてVs1−Vs2=Rm を
求め、同様にしてこの直径に直交する直径の両端に位置
するマイクロホンM3 、M4 のうち一方のマイクロホン
3 の出力V3 、及び他方のマイクロホンM4 の遅延回
路D4 を経た出力Vd4を合成器C3 を通して得た差の出
力Vs3と、マイクロホンM3 の遅延回路D3 を経た出力
Vd3、及び他方のマイクロホンM4 の出力V4 を合成器
4 を通して得た差の出力Vs4を合成器Cs に入れてV
s3−Vs4=Rs を求め、出力差Rm と出力差Rs とを判
別器2に入力して音源の方向を判別させ、真の音源の方
向と基線に関して対称な方向に音源があるかの如く示さ
れる偽音源出力を除くと共に、音源の音圧レベルの高低
により音源方向の角度検出が影響されないように音源の
音圧レベルを観測するマイクロホン又は対数変換器を付
設して、真の音源の方向を知るようにしたものである。
【0007】
【作用】図2に示しすように、2個の同性能の無指向性
マイクロホンの一方のマイクロホンMa の出力Va と、
他方のマイクロホンMb の出力Vb を遅延回路Dを通し
て得た出力Vdbとの差を合成器Cにより合成して得た出
力Vは、実願昭62−147476号(実開昭64−5
2393号)明細書に開示したように、1個の単一指向
性マイクロホンの特性を持つようになる。即ち、2個の
無指向性マイクロホンにより1個の単一指向性マイクロ
ホンを得ることができる。
【0008】こうして得られる単一指向性(以下単に指
向性という)マイクロホンの指向特性は、図3のような
カージオイド曲線3となる。
【0009】遅延回路DをマイクロホンMa に接続する
と、指向特性は、図3のカージオイド曲線3の最大感度
方向を180°変えたカージオイド曲線4(図4)にな
る。図4にはこの曲線4を破線で、図3の曲線3を実線
で示している。
【0010】そこで図4のような、180°異なる方向
に最大感度を持つカージオイド特性を持つ二つの指向性
マイクロホンを、2個の無指向性マイクロホンM1 、M
2 で構成し、基線1に対する角度θの方向にある音源5
から音波が入ると、両指向性マイクロホンの出力の差R
m は角度θが変るに従って変るから、この出力の大きさ
と角度θとの関係を予め記憶させておいた判別器2に判
断させることにより、角θの大きさ、即ち音源の方向を
知ることができる。
【0011】次にこの作用及び無指向性マイクロホンM
3 、M4 により構成した二つの指向性マイクロホンの作
用を図4、図5、図6により更に詳しく説明する。図6
は図1のマイクロホンM1 、M2に関連する部分を取出
したものである。
【0012】図5の平面上で、カージオイド曲線の中心
を通り基線1に45°及び135°傾斜した直交2直線
A、Bにより、平面を領域、、、に分けて考え
る。音源5は領域内にあって基線1に対して角度θ傾
斜した直線上にあるとする。
【0013】無指向性マイクロホンM1 、M2 が交互に
遅延回路D1 、D2 を接続して構成する二つの指向性マ
イクロホン(出力特性がカージオイド曲線3及び4のも
の)に音源5から音波が入ると、図6の回路において合
成器C1 、C2 で合成された二つのマイクロホンの出力
は、図5に見るように特性曲線3のものではVs1、特性
曲線4のものではVs2であり、合成器Cm で合成される
その差はRm である。
【0014】この出力の差Rm は、音源の方向と基線1
とがなす角度θにより変るから、この値を判別器1に入
れて捕捉した音の強さから、θの大きさ、即ち音波の方
向を知ることができる。
【0015】尚、基線1と45°の傾斜をなす直線A
と、これと直交する直線Bとにより全方向を領域〜
に分けたのは、例えば図5の基線1と直線Aとの間で
は、Vs1−Vs2=Rm の変化が急激であり、判別器2に
正確な角度変化を判断させるのに不適当であるからによ
る。
【0016】但しこの場合は、真の音源5を示すVs1
Vs2=Rm の値が、基線1に関して対称の位置5′に音
源(偽音源)が有る場合と同じ値となるから、判別器2
が真の音源方向を特定できなくなる。無指向性マイクロ
ホンM3 、M4 は、この偽音源を消去してしまうための
ものである。
【0017】無指向性マイクロホンM1 、M2 の位置す
る直径(基線1)と直角な直径上にある2個の無指向性
マイクロホンM3 、M4 をマイクロホンM1 、M2 の場
合と同様に、一方のマイクロホンの出力V3 又はV4
と、遅延回路D3 又はD4 を経た他方のマイクロホンの
出力Vd3又はVd4との差を出力とする2個の指向性マイ
クロホンの特性線図は、図7のようなカージオイド曲線
6、7を背中合せにした、図3の場合と90°向きを変
えた形となる。
【0018】マイクロホンM3 、M4 の形成するこの二
つの指向性マイクロホンに、音源5から音波が到来する
と、両指向性マイクロホンの出力Vs3、Vs4を図1の合
成器Cs に入れて得られる差の出力Rs は、図7のよう
に、領域においては到来音波が基線1に対してなす角
度θが大きくなるに従って大きくなる。
【0019】このようにマイクロホンM1 、M2 の構成
する二つの指向性マイクロホンの出力Vs1、Vs2の差R
mは角度θが増すに従って小さくなるのに対して、マイ
クロホンM3 、M4 の構成するこの二つの指向性マイク
ロホンの出力Vs3、Vs4の差RS は、角度θが増すに従
って大きくなるから、この性質を利用して、判別器2に
おいて、偽音源5′を真の音源5と識別して消去するこ
とができる。
【0020】角度θの変化により差の出力Rm 、Rs の
とる値は、前述した通りであるが、出力Rm 、Rs の値
は又、角度θ以外に音源の音圧レベルにも依存してい
る。即ち、音源の音圧レベルが高いときは出力Rm 、R
s の絶対値は大きく、音圧レベルが低いときは出力Rm
、Rs の絶対値は小さくなるから、上記の処理だけで
は正確な角度θの測定ができない。
【0021】この問題を解決するためには、前述の4個
のマイクロホンのほかに、常に音源の音圧レベルを観測
するためのマイクロホン(例えば無指向性マイクロホン
等)を使用して、このマイクロホンの出力Vr と、出力
Vs1〜Vs4との比を先に求めて、後にVs1/Vr とVs2
/Vr との差を求めるようにすれば、音圧レベルとは無
関係に正確な角度θの値が得られる。
【0022】本考案では、このような音圧観測用のマイ
クロホンを用いる代りに、対数変換器L1 、L2 、L
3 、L4 を使用してVs1〜Vs4を対数レベルに変換した
後で評価値R′m 、R′s を求めるようにもしている。
【0023】Vs1、Vs2の値は、音波の入射角により変
るが、θ=0°のときの出力を2とすると、入射角θの
ときの両者の値は、Vs1=1+cos θ、Vs2=1+cos
(180°−θ)である。
【0024】又、入射角θ=0°のときの対数出力レベ
ルを0dbとすると、対数出力レベルに変換したVs1及び
Vs2の値VL1及びVL2は、VL1=20log {(1+cos
θ)/2}、VL2=20log {(1+cos (180°−
θ)/2}となる。
【0025】判別器2で角度θの値を判別するための評
価値として、前記のRm 、Rs の代りに使用する対数出
力レベルの値R′m 、R′s の値は、R′m =VL1−V
L2、R′s =VL3−VL4となる。
【0026】R′m の値は、領域においては、15.
3db>R′m >−15.3dbであり、領域でのR′s
のとり得る値は、R′s >15.3dbである。領域と
対称の領域では、R′s <−15.3dbであるから、
R′m 、R′s は判別器2において区別することがで
き、偽音源を消去することができる。
【0027】以上は、音源5が領域にある場合につい
てその方向を示す角度θを知る作用を述べたが、音源が
領域〜にある場合についても同様にして音源の方向
を知ることができる。
【0028】
【発明の効果】
(1) 従来の、超指向性マイクロホンを回転させて音源の
方向を探知する手段と異なり、本発明のマイクロホン
は、4個の無指向性マイクロホンに簡単な電気回路を付
加して雑音の少ない音源の方向探知ができる。
【0029】(2) 背面あるいは側面を大気に開放してお
く必要のない無指向性マイクロホンを使用するため、指
向性マイクロホンのような取付けに制約を受けたり器体
が大きくなることがなく、どのような場所にも埋め込ん
で取付け使用することができる。
【0030】(3) 機械的振動や風により雑音を生じるこ
との比較的少ない無指向性マイクロホンにより構成され
るから、雑音に妨げられることなく確実な測定ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音源の方向を探知するマイクロホンの
基本的構成を示す回路図。
【図2】2個の無指向性マイクロホンを使用して1個の
指向性マイクロホンを得る回路図。
【図3】2個の無指向性マイクロホンの一方に遅延回路
を接続して構成する指向性マイクロホンのカージオイド
形特性線図。
【図4】2個の無指向性マイクロホンの遅延回路の接続
を変えて得られる2個の指向性マイクロホンのカージオ
イド形特性線図。
【図5】上記の2個の指向性マイクロホンによる音源の
方向探知の方法を示す線図。
【図6】2個の無指向性マイクロホンの回路を図1から
取出した図。
【図7】偽音源を消去するための別の2個の無指向性マ
イクロホンの構成する2個の指向性マイクロホンの特性
線図。
【図8】図1の回路に対数変換器を付加した回路図。
【符号の説明】
1 基線 2 判別器 3 カージオイド曲線 4 カージオイド曲線 5 音源 5′ 偽音源 6 カージオイド曲線 7 カージオイド曲線 M1 〜M4 無指向性マイクロホン D1 〜D4 遅延回路 C1 〜C4 合成器 L1 〜L4 対数変換器 Ma 、Mb 無指向性マイクロホン D 遅延回路 C 合成器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一つの円周上に等間隔で配置した同性質
    の4個の無指向性マイクロホンM1 、M2 、M3 、M4
    のうち、基線となる一つの直径の両端に位置するマイク
    ロホンM1 、M2 の一方のマイクロホンM1 の出力V
    1 、及び他方のマイクロホンM2 の遅延回路D2 を経た
    出力Vd2を合成器C1 を通して得た差の出力Vs1と、上
    記一方のマイクロホンM1 の遅延回路D1 を経た出力V
    d1、及び他方のマイクロホンM2 の出力V2 を合成器C
    2 を通して得た差の出力Vs2を合成器Cm に入れてVs1
    −Vs2=Rm を求め、同様にしてこの基線となる直径に
    直交する直径の両端に位置するマイクロホンM3 、M4
    のうち一方のマイクロホンM3 の出力V3 、及び他方の
    マイクロホンM4 の遅延回路D4 を経た出力Vd4を合成
    器C3 を通して得た差の出力Vs3と、マイクロホンM3
    の遅延回路D3 を経た出力Vd3、及び他方のマイクロホ
    ンM4 の出力V4 を合成器C4 を通して得た差の出力V
    s4を合成器Cs に入れてVs3−Vs4=Rs を求め、出力
    差Rm と出力差Rs とを判別器2に入力して音源の方向
    を判別させると共に、真の音源の方向とマイクロホンM
    1 、M2 又はマイクロホンM3 、M4 を配置した直径に
    関して対称な方向に音源があるかの如く示される偽音源
    出力を除き、音源の音圧レベルを観測して、この音圧レ
    ベルの高低により出力差Rm 、Rs の絶対値の変動を防
    止するマイクロホンを付設して成る音源の方向を探知す
    るマイクロホン。
  2. 【請求項2】 音源の音圧レベルを観測するマイクロホ
    ンを付設する代りに、合成器C1 、C2 と合成器Cm と
    の間にそれぞれ対数変換器L1 、L2 を挿入し、合成器
    3 、C4 と合成器Cs との間にそれぞれ対数変換器L
    3 、L4 を挿入したことを特徴とする請求項1に記載の
    音源の方向を探知するマイクロホン。
JP25418991A 1991-09-06 1991-09-06 音源の方向を探知するマイクロホン Pending JPH0566255A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009044562A1 (ja) * 2007-10-04 2009-04-09 Panasonic Corporation マイクロホンを用いた雑音抽出装置
US8369550B2 (en) 2009-11-30 2013-02-05 Korea Institute Of Science And Technology Artificial ear and method for detecting the direction of a sound source using the same

Cited By (3)

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US8311236B2 (en) 2007-10-04 2012-11-13 Panasonic Corporation Noise extraction device using microphone
US8369550B2 (en) 2009-11-30 2013-02-05 Korea Institute Of Science And Technology Artificial ear and method for detecting the direction of a sound source using the same

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