JPH0591588A - 指向方向可変指向性収音装置 - Google Patents

指向方向可変指向性収音装置

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JPH0591588A
JPH0591588A JP27500591A JP27500591A JPH0591588A JP H0591588 A JPH0591588 A JP H0591588A JP 27500591 A JP27500591 A JP 27500591A JP 27500591 A JP27500591 A JP 27500591A JP H0591588 A JPH0591588 A JP H0591588A
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JP
Japan
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directional
microphones
axis
microphone array
time sequence
Prior art date
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Pending
Application number
JP27500591A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsushi Manabe
克士 真鍋
Takeo Morikawa
武雄 森川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
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Publication date
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Publication of JPH0591588A publication Critical patent/JPH0591588A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロホンアレイを用いた指向性収音装置
はその指向方向が軸に垂直な方向に固定されているが、
各素子マイクロホンの時系列を相互にずらすことによっ
て、指向方向を可変にすることを可能とする。 【構成】 各素子マイクロホンの信号をAD変換し、コ
ンピュータなどのディジタルプロセッサによって、各素
子マイクロホンの位置と設定しようとする角度に対応し
た時間ずらせた時系列を生成し、加重平均することによ
って指向方向が可変な指向性収音装置を構成する。装置
は複数個の素子マイクロホン、多チャンネル同時AD変
換器および時系列を特定の遅延時間ずらせた新しい時系
列を生成するプログラム、加重平均やオクターブバンド
フィルタのプログラムを搭載したコンピュータあるいは
専用のディジタルプロセッサ、DA変換器等から構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特定の方向の音源から
の音波を選択的に収音するための指向性収音装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】マイクロホンアレイを用いてその出力の
アナログ信号を同時に加重平均する方式の指向性収音装
置は、マイクロホンアレイの軸に垂直な方向近傍からの
音波だけを選択的に収音できる利点があるので、騒音源
の探索などの分野で実用に供されている。(指向性収音
装置、特許公報 昭57−31353(JP,B2))
図2はマイクロホンアレイを用いた従来の指向性収音装
置の構成を説明したものである。M0,1,2,・・・M
n,-1, -2, ・・・M-nはマイクロホンアレイの軸1
上に間隔dで設置された2n+1個の素子マイクロホ
ン,W0,1,2,・・・Wn,-1, -2, ・・・W-n
それぞれの出力信号にかける重みであり、重み付き出力
をアナログ加算回路8を通して加え合わせた加重平均出
力信号をオクターブバンドフィルタ9で濾波し、指向性
出力信号を得る。すなわち、マイクロホンアレイの軸1
に垂直に到来する平面音波は全素子マイクロホンで同位
相であるので指向性出力信号の振幅は最大になり、一
方、マイクロホンアレイの軸1の方向から到来する波長
2dの平面音波は隣接する素子マイクロホンで逆位相に
なるので指向性出力信号の振幅が最小になり、マイクロ
ホンアレイの軸に垂直な方向の感度が最も高い指向特性
が形成される。
【0003】しかし、指向性の方向がマイクロホンアレ
イの軸1に固定されているため、可変できないという欠
点があった。
【0004】そこで、時間的に定常で、空間的に分布し
ている音源の強度分布を求める場合などに供するときに
は、指向性の方向を変えるためマイクロホンアレイの設
置角度を変えて繰り返し測定する方法、また、時間的に
変動し、かつ、空間的に分布している音源の強度分布の
時間的変動を測定する場合には設置角度を変えた複数の
マイクロホンアレイを同時に用いる方法などがあるが、
前者は収音作業が煩雑になり、後者は多数の装置を用い
なければならないなどの問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、マイクロホンアレイの軸に垂直に指向方向が固定
され、変更できない点である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、指向方向を可
変にするため、各素子マイクロホンの出力を各素子マイ
クロホンの位置と設定する指向方向によって定まる時間
差だけずらして加算平均することを主要な特徴とする。
各素子マイクロホンの出力を任意の時間差ずらす操作
を、各素子マイクロホンの出力を同時にAD変換したデ
ィジタル時系列データを変換することによって容易に実
現した。
【0007】
【作 用】本発明の原理を素子マイクロホン数が3本の
場合について図3に示す。マイクロホンアレイの軸1を
0 を中心として角度θ回転させた場合を考えると、そ
の指向方向は角度θ回転させた場合のマイクロホンアレ
イの軸に垂直な軸11’を角度θ回転させた場合のマイ
クロホンアレイの軸1’のまわりに回転させた面にな
る。この時の素子マイクロホンはM1'、M-1' となる。
1 、M-1から角度θ回転させた場合のマイクロホンア
レイの軸1’に下ろした垂線との交点上に仮想的な素子
マイクロホンM1"、M-1" を考えると、回転角度θがあ
まり大きくない限り、M1'、M-1' の位置はM1"、
-1" の位置に近いので前者の出力は後者の出力で近似
され得る。ここでマイクロホンアレイの軸1および角度
θ回転させた場合のマイクロホンアレイの軸1の平面内
で角度θ回転させた場合のマイクロホンアレイの軸1に
垂直な方向からの入射音波を考えると、M1"、M-1" の
出力は元の素子マイクロホンM1 、M-1の出力を互いの
間隔L1 、L-1を音波が伝播する時間ずらしたものと一
致する。すなわち、マイクロホンアレイの軸1を含む特
定の平面内から到来する音波については、指向方向を変
えるためにマイクロホンアレイの軸1を音波が到来する
平面内で角度θ回転する操作は、素子マイクロホン
1 、M-1の出力を特定の時間ずらす操作と近似的に等
価であり、このことによって実際にマイクロホンアレイ
の軸1を回転しないで指向方向を可変にすることが実現
できる。なお、素子マイクロホンの出力の時間をずらす
操作は、音波の入射平面内でマイクロホンアレイの軸1
を回転する操作と近似的に等価となるので、感度が最も
高い指向方向は角度θ回転させた場合のマイクロホンア
レイの軸1をマイクロホンアレイの軸1のまわりに回転
させた円錐面となる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の1実施例の系統図であっ
て、M0,1,2,・・・Mn,-1, -2, ・・・M
-nは、マイクロホンアレイの軸上に等間隔dで配置され
た素子マイクロホンである。2は多チャンネル同時AD
変換器、3はプログラムに含まれるパラメータ入力部で
あり、4はディジタルコンピュータであり、5a、5
b、5cはコンピュータに搭載されたプログラムであ
り、6はアナログ出力7を得るためのDA変換器であ
る。
【0009】多チャンネル同時AD変換器2は各素子マ
イクロホンM0,1,2,・・・Mn,-1, -2, ・・・
-nのアナログ信号を分析対象最高周波数を十分再現す
るサンプリング周期τでAD変換し、ディジタルコンピ
ュータ4に供給する。
【0010】パラメータ入力部3は素子マイクロホンの
本数2n+1、その設置間隔d、加重平均の重みW0,
1,2,・・・Wn,-1, -2, ・・・W-n、音波の速度
C、指向方向の角度θなどをコンピュータに与える。
【0011】コンピュータに搭載されたプログラム5a
の機能は素子マイクロホンの設置間隔d、音波の速度
C、指向方向の角度θから各素子マイクロホンM0,1,
2,・・・Mn,-1, -2, ・・・M-nから得られてい
るディジタル時系列に与える時間差を計算し、時間差を
与えた新しい時系列データを生成する。素子マイクロホ
ンM0 を基準としてとると、各素子マイクロホンM0,
1,2,・・・Mn,-1, -2, ・・・M-nの出力に与え
る時間差Ti は
【0012】
【数1】
【0013】を用いて計算される。ここでTi は素子マ
イクロホンMi (i=0、±1、・・・±n)からの時
系列に与える遅延時間であり、dは素子マイクロホンの
設置間隔、Cは音波の速度、θは感度が最大になる指向
方向の角度である。Ti がAD変換のサンプリング周期
τの整数倍の場合には、時間差を与えた新しい時系列デ
ータは元の時系列データを当該整数個ずらすことによっ
て容易に生成できる。Ti がAD変換のサンプリング周
期τの整数倍でない場合には、元の時系列データからT
i 遅延した時刻の値を補間して求めることによって時間
差を与えた新しい時系列データを生成する。
【0014】コンピュータに搭載されたプログラム5b
の機能はコンピュータに搭載されたプログラム5aによ
って得られた時間差を与えた新しい時系列データに各素
子マイクロホンM0,1,2,・・・Mn,-1, -2,
・・M-nに相当する重みW0,1,2,・・・Wn,-1,
-2, ・・・W-nを掛けて和をとることによって指向性
出力である1個の時系列データを生成する。
【0015】コンピュータに搭載されたプログラム5c
の機能はディジタルバンドパスフィルタであり、コンピ
ュータに搭載されたプログラム5bによって得られた指
向性出力の時系列データの特定の周波数帯域成分だけを
通過させる。通過周波数帯域は
【0016】
【数2】
【0017】で計算されるf0 を中心周波数とするオク
ターブバンドである。ここでdは素子マイクロホンの設
置間隔、Cは音波の速度である。
【0018】DA変換器6はコンピュータに搭載された
プログラム5cで濾波された指向性出力のディジタル時
系列データをアナログ信号に変換し、一般に用いられて
いるレベルレコーダなどの音響測定器に供給する。
【0019】図4は本発明の方法を、素子マイクロホン
数がオクターブバンドフィルタ9で、重みWが表1とし
て適用した場合、波長2dの正弦波音波に対する指向特
性を指向方向を変えて計算した結果を示したものであ
る。
【0020】
【表1】
【0021】指向方向0度は遅延時間が0であり、従来
の指向性収音装置と同じ特性である。指向方向を約40
度以内に設定した場合の指向特性は、指向方向0度の指
向特性を設定角度ずらしたものに近似しており、指向特
性を損なわずに指向方向を可変できることが確認され
る。しかし、指向方向を約40度以内に設定した場合の
指向特性は、指向方向0度の指向特性より広角になり、
かつ反対方向からの入射音波に対しても感度が高くなる
ことがわかる。すなわち、本発明の方法によって、指向
特性を損なわずにある範囲内の任意の指向方向を設定で
きる。
【0022】なお、実施例では素子マイクロホン数が奇
数個の場合を示したが、偶数個の場合にも遅延時間の計
算式を変更することによって同様な方法が適用できる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明の指向方向可
変指向性収音装置は、マイクロホンアレイの方向を変え
ることと同等な操作を各素子マイクロホンの出力を時間
的にずらすことによって行い、しかもAD変換によって
得られたディジタル時系列の変換によって任意にかつ容
易に時間をずらす方法を採用しているため、指向特性を
損なうことなくある角度範囲の任意の方向に指向方向を
向けることができるという利点がある。また、指向方向
はコンピュータのプログラムで設定できるので、プログ
ラムを繰り返し実行することによって1回の収録データ
から多数の指向方向の指向性出力を得る用途にも適用で
きる。さらに、アナログ信号処理による従来の指向性収
音装置においては、各素子マイクロホンの感度のばらつ
きや重み係数を与える抵抗素子の定数のばらつきが指向
特性に大きな影響を与えるため、それらを設計値に合わ
せるために多数の部品の中から特性の合ったものを選択
するなど、製作工程、製作コストの点で問題があった
が、本発明のように信号処理をディジタルで実施する場
合には、これらのばらつきは重み係数の補正で容易に実
現されるので理論的な指向特性を得やすいという利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】指向方向可変指向性収音装置の実施例を示した
説明図である。
【図2】本発明を使用しない従来の指向性収音装置の説
明図である。
【図3】本発明の指向方向を可変する原理の説明図であ
る。
【図4】本発明の実施例による指向方向を変えた場合の
指向特性の計算結果である。
【符号の説明】
1 マイクロホンアレイの軸 1’角度θ回転させた場合のマイクロホンアレイの軸 2 多チャンネル同時AD変換器 3 パラメータ入力部 4 ディジタルコンピュータ 5a コンピュータに搭載されたプログラム 5b コンピュータに搭載されたプログラム 5c コンピュータに搭載されたプログラム 6 DA変換器 7 指向方向可変指向性アナログ出力 8 アナログ加算回路 9 オクターブバンドフィルタ 10 指向性アナログ出力 11 マイクロホンアレイの軸に垂直な軸 11’角度θ回転させた場合のマイクロホンアレイの軸
に垂直な軸

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直線上に複数個等間隔で配置した素子マ
    イクロホンの出力を加重平均することによって指向性を
    得る指向性収音装置において、各マイク出力をAD変換
    し、設定しようとする指向性の方向に相当する時間差ず
    らして加重平均をとることによって、指向方向を可変に
    することを特徴とする指向方向可変指向性収音装置。
JP27500591A 1991-09-27 1991-09-27 指向方向可変指向性収音装置 Pending JPH0591588A (ja)

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