JPS61150600A - 単指向性セコンド　オーダー　グラデイエント　マイクロホン - Google Patents

単指向性セコンド　オーダー　グラデイエント　マイクロホン

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JPS61150600A
JPS61150600A JP60285897A JP28589785A JPS61150600A JP S61150600 A JPS61150600 A JP S61150600A JP 60285897 A JP60285897 A JP 60285897A JP 28589785 A JP28589785 A JP 28589785A JP S61150600 A JPS61150600 A JP S61150600A
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microphones
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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】 本発明は電子音響トランジューサ、より詳細には、単指
向性パターンを持つ指向性マイクロホンに関する。
指向性特性を持つ音響トランジューサは多くの用途に使
用される。特に、比較的大きな指向性率を持つ単指向性
マイクロホンは広い用途を持つ。これらマイクロホンの
殆んどけ、設計次第で（ａ＋ｃｏｓθ）にて表わされる
各種の指向性特性を示すファースト　オーダーマイクロ
ホンである。ここで、ａＨ定数であり、θは回転軸に対
する角度を表わす。このようなシステムによって最高４
までの指向性率を得ることが可能である。
指向性はセコンド　オーダー　グラディエンド（２次勾
配）マイクロホンを使用することによって向上できる。
これらマイクロホンは（ａ十１θ）ｒｂ＋１０）によっ
て与えられる指向性パターンを持ち、最高７の指向性率
を実現する。しかし、このようなマイクロホンはファー
スト　オーダー設計と比較して複雑で、またＳＮ比が損
なわれる問題を持つ。
本発明においては、２つの市販のファースト　オーダー
　グラディエンド（１次勾配）マイクロホンの各々をバ
フルの中央に収容することによって単相向性感度パター
ンを持つセコンド　オーダー　グラディエンド　マイク
ロホンが提供される。このバブルは平坦な面を持つが、
これは好ましくは正方形あるいけ円形とされ、平行な面
を持つ。２つのバフルは互いに平行に置かれる。マイク
ロホンの回転軸は一致するように配置される。マイクロ
ホンの１つからの出力信号が他方から出力された遅延信
号から減算される。
単指向性マイクロホンは、比較的周波数に依存しない指
向性特性を示し、１４０度の主ローブの３デシベル　ビ
ーム幅を持ち、そして主ローブより約１５デシベル低い
サイドローブを与える。等化後のマイクロホンの最大感
度方向の周波数レスポンスは０．３　ｋＨｚから４　ｋ
Ｈｚの間で±３　ｄＢ以内であり、マイクロホンの等価
ノイズ　レベルＨ２８ｄＢＳＰＬである。
本発明は従来の技術に対して以下の長所を持つ。つまり
、好ましい実施態様は小さなサイズで同一感度を達成で
きる。個々のマイクロホンの２つの面の間の有効間隔が
増大され、従って、好ましくないサイド効果を与えるこ
となく、システムの感度が直接的に向上される。好まし
い実施態様は、簡単な市販のファースト　オーダー　グ
ラディエンド　エレクトレット　マイクロホンを使用す
るが、任意のタイプのファースト　オーダー　グラディ
エンド　エレクトレット　トランジューサが使用できる
。通常の音声レベルで約３０デシベルのＳＮ比が得られ
、また先行技術と比較してバンド幅が拡張できる。この
実施態様は製造が簡単である。
本発明の１つの用途として高い指向性感度及び小さなサ
イズが要求される移動無線への応用が考えられる。
第１図には本発明の好ましい実施態様が示される。この
単相向性マイクロホン構成は２個の市販の例えば、８×
４×２−のサイズのノウレル　モデルＢ　Ｗ　−１７８
９（Ｋｎｏｗｌｅｓｍｏｄｅｌ　ＢＷ　−４７８９）　
；ｈるいはＡＴＴテクノロジーＥ　Ｌ　−３（ＡＴＴ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ＥＬ−３）エレクトレット
　マイクロホンなどのようなファースト　グラディエン
ド両指向性マイクロホン１４及び２４を含むが、これは
後部間隙が音界に対して開かれると、ファーストグラデ
イエントを生成する。これらマイクロホンはサイズ３×
３ｃｒＡあるいは直径３ｏｎの２つの正方形ないし円形
のルサイト、あるいは他のプラスチック　バフル１２及
び２２内に切り込まれた開口部に位置される。マイクロ
ホン１４及び２４とバフル１２及び２２との間はエポキ
シにてシールされる。第１図に示さＪＬるごとく、マイ
クロホン１４及び２４は５−の間隔を置いて配置さｎ、
マイクロホン１４及び２４の軸が一致するように方位さ
れるつマイクロホン１４及び２４はバフル１２及び２２
内にマイクロホンのトップからバフノしのトップまでの
距離ｈ１がマイクロホンのホタムからバフルのボタムま
で距離ｈ２と等しくなるように位置される。同様に、マ
イクロホンの片方のサイドからバフルの最も近いエツジ
までの距離ｌ】がマイクロホンの反対のエツジからバフ
ルの最も近いエツジまでの距離１２と等しくなるように
される。バフル１２及び２２はデバイス１８によって適
当に支持される。
本発明の原理は第２図を参照することによって明白とな
る。マイクロホン１４は距離ｄ２だけ離された２つのセ
ンサ、つまり正のセンサ１５及び負のセンサ１３を含む
。同様に、マイクロホン２４は距離ｄ２だけ離された２
つのセンサ、つまり正のセンサ２５及び負のセンサ２３
を含む。個々のセンサはマイクロホンの面と対応する。
この２つのマイクロホンの間の距離Ｈｄｌである。この
マイクロホンは１つの実施態様においては同じ極が互い
に向き合うように構成される。
音響源Ｂから伝搬する平面の音波が第２図のデバイスに
突き当るものと仮定する。この音は最初にマイクロホン
１４によってピックアップされ、次にマイクロホン１４
からの出力は遅延回路２０にパスされる。マイクロホン
１４に当った後、音響源Ｂからの音は距離ｄ】だけ伝搬
してマイクロホン２４に当たる。
遅延τが距離ｄ１と等しくされると、マイクロホン１４
及び２４からの音響信号は互いに相殺し合いデバイスか
らの出力はゼロとなる。
この２つの音響信号の重複が第３図に概念的に示される
。
次に音響源Ｆから音が放射されるものと仮定する。この
音は最初にマイクロホン２４に当たる。この音は矢に距
離ｄ１だけ伝搬した後にマイクロホン１４に到達し、遅
延回路２０を通じて戻され、図示されるようにこれにマ
イクロホン２４からの音が加えられて、この結果、出力
を与える６ 第４図には２つの別個の遅延回路＋τ、３０及び−τ、
３５を持つように修正された第２図の構成が示される。
これら遅延回路からの信号出力が次に回路４０によって
加えられる。
片方のマイクロホンからの出力信号が他方に対して２τ
だけ遅延されると、全システムの感度は以下の式によっ
て与えられる。
ここで、Ｍｎはセンサ１３．１５．２３及び２５の各々
の感度を示し、波数に＝ω／Ｃであり、ωは角振動数を
表わし、Ｃは音速を表わし、ｄ、は２Ｃτに等しく、そ
してθはセフサ間を接ｂ″じする線に対する入射−１４
の方向を示す。ｄ３／ｄ、の比によって異なる指向性利
得を持つ各種の指向性図を得ることができる。
ｄ３／ｄ、＝１の設計は７．５の指向性率を与え、−万
、ｄ　ａ　／　ｄ　＋　＝　３　／　５の設計では最高
８の指向性率が達成できる。第４図の個々のセンサの出
力に追加の遅延を加えることによって最高９までの指向
性率が達成できる。
バフル、例えば、第１図の１２及び２２は、本発明にお
いては、個々のグラディエンドの２つの音の入り口の間
、つまり、マイクロホン１４及び２４の２つの表面（内
側及び外側）の間の音の経路差を距離ｈ】、ｈ２．１１
、及び１２を変化させることによって増加するために使
用される。従って、第４図の間隔ｄ２け第１図のバフル
１２及び２４のサイズによって決定される。
グラディエンド　マイクロホン１４あるいは２４の１つ
からの出力は、例えば、マイクロホン１４と２４の間の
間隔ｄ１に対応する１５０μｓ　の遅延時間を持つサー
ド　オーダー　バターワース　フィルタによって遅延で
きる。このことは、ｄ　３／ｄ　１の遅延率が得られる
ことを意味する。０２周波数依存を修正するためのバタ
ーワース　フィルタ６０、増幅器６２及び低域フィルタ
６４が第６図に示される。この装置に対する対応する理
論極パターンが第５図に示される。このパターンは主ロ
ーブ５３及び２つの小さなサイド　ローブ５５及び５７
を待つが、これらはサードオーダー指向性図が対象とさ
れる場合は、実際には１つの変形した円錐曲線回転体の
サイド　ローブである。
単指向性マイクロホンに関する測定が無音響室内で遂行
された。マイクロホンがＢ＆にモデル３９２２ターンテ
ーブル上に塔載され、平面及び球面の音界に対して露出
された。結果がＢ＆にモデル２３０７レベル　レコーダ
にて作図された。
マイクロホンの出力が最初に４０デシベル増偏され、次
に第６図及び第７図に示されるようにセコンド　オーダ
ー　システムの０２周波数依存を修正するために二段Ｒ
Ｃフィルタに通過された。０．２５から３．５　ｋＨｚ
のレンジの帯域フィルタがバンドずれノイズを除去する
ために使用された。
マイクロホンから約２メ一トル離れた所に位置する平面
音界源に対する単指向性マイクロホンの指向性特性が第
８図に示される。第８因には、ここで選択されたセコン
ド　オーダー単指向性システムに対する期待される理論
極レスポンスＣＩ　／　２　ｃｏｓθ（］　＋ｃｏｓＯ
）　］も示される。１ｋＨｚ及び２　ｋＨｚにおいては
、実験結果は理論値とほぼ一致する。５００Ｈｚにおい
ては、サイド　ローブけ１２ｄＢ低いのみであり、期待
されるより８ｄＢ太きい。
全ての周波数において、マイクロホンは後方向に非消失
感度を持つ。第５図の検討からこれけｄ　３／ｄ　］の
値】からの偏差、つまり、ファースト　オーダー　グラ
ディエンド　センサの周波数及び位相レスポンスの差に
起因するものであると考えられる。
有限距離の音響源の音界に対して露出されたこのような
指向性マイクロホンの性能はこれらの小さなノイズの大
きな空間においての使用に大きな意味を持つ。第９図は
０．５メートルの距離に置かれた音響源に対する極レス
ポンスを示す。驚くべきことは、指向性特性が平面波の
場合とほぼ同一であることである。
これは無響状態が悪いためであるとも考えられる。
第１０図には１／３オクターブ　バンドノイズ励起に対
するφ＝０．９０及び１８０度についてのマイクロホン
の修正周波数レスポンスが示される。１　ｋＨでのマイ
クロホンの感度はφ＝０度の最大感度の方向において一
６０ｄＢＶ／Ｐａである。このマイクロホンは０゜３　
ｋＨｚから４　ｋＨｚにおいては±３　ｄＢの周波数レ
スポンスを持つ。φ＝９０及び１８０度の最小感度の方
向においては、０．４５　ｋＨｚから２　ｋＨｚにおい
て、レスポンスは−１５ｄＢ低い。０．２５　ｋＨｚか
ら３．５ｋＨｚの周波数レンジについて測定された対応
するノイズ　レベルは２８　ｄＢである。
本発明は移動無線に応用できる。第１１図には自動車の
屋根８２の下の図示されてない運転手側のウィンドシー
ルド８０の付近に位置された本発明を具現する指向性マ
イクロホンが示される。このマイクロホン構成はそれぞ
れ前述の方法にてマイクロホン９１及び９３を収容する
２つの平行のバフル９２及び９４を持つベース９０を含
む。通常のレスポンスパターンはローブ９６によって示
されるごとくである。車の屋根８２の寸法は音声レンジ
の音の波長と比較して大きい。このため、周知の音圧ダ
ブリング効果によって、ローブ９６がゆがめられ強度が
２倍にされる。前述したごとく、バフルの寸法を調節す
ることによってローブの指向性及びサイズを制御するこ
とが可能である。
第１２図には第１図のマイクロホン１４及び２４に対す
る第４図の構成とは異なるもう１つの構成が示される。
マイクロホン１４のセンサ１３とマイクロホン２４のセ
ンサ２５が互いに向き合うようにされる。この場合はマ
イクロホン１４及び２４からの出力信号は減算される。
このような構成はセンサが完全なファースト　オーダー
　グラディエンドでない場合に必要となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の好ましい実施態様を示す図； 第２図、第３図及び第４図は本発明の基本となる原理を
図解する図； 第５図、第８図、第９図及び第１０図はレスポンス　パ
ターンを示す図； 第６図及び第７図は信号経路を示す図、第１１図は本発
明の応用を示す図、そして第１２図は第４図に対応する
もう１つの構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １２．２２・・・第１及び第２のバフル１４．２４・・
・マイクロホン ４０・・・加算装置 出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンドテレグラ
フ　カムパニー ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、３ Ｌ−、、Ｊ ＦＩＧ、　ＩＩ 第１粕寺段八 ＦＩＧ、　　５ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　１０ ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　９ 手続補正書 昭和６１年　１月２４日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許―第２８５８９７号 ２、発明の名称 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 ５、補正の対象　　　　「明　　細　　書」６、補正の
内容　　　　　　別紙の通り明細書の浄書内容に変更な
し　　　゛ 別紙の通り明細書を１通提出致します。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、セコンドオーダーグラデイエント マイクロホンにおいて、該マイクロホン構 成が 各々が互いに平行な第１及び第２の面を 持つ第１及び第２のバフル、 それぞれ該第１及び第２のバフルの中央 部の壁の後退部に軸が一致するように位置 された第１及び第２のファーストオーダ ー両指向性マイクロホン、及び 指向性レスポンスパターンを持つ出力 信号を与えるように該第１及び第２のマイ クロホンからの信号を加算するための装置 を含むことを特徴とするマイクロホン構成。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のマイクロホン構成に
    おいて、 該マイクロホンが該マイクロホンの互い に向い合うサイドが同一の極のセンサ （１３、２３あるいは１５、２５）を持つ ように該バフル内に位置されることを特徴 とするマイクロホン構成。 ３、特許請求の範囲第２項に記載のマイクロホン構成に
    おいて、さらに 少なくとも１つの該第１あるいは４２の マイクロホンの出力からの遅延回路（２０）が含まれる
    ことを特徴とするマイクロホン 構成。 ４、特許請求の範囲第３項に記載のマイクロホン構成に
    おいて、 該構成の指向性を増加するために該第１ 及び第２のマイクロホンの個々のセンサに 遅延デバイス（３５、３０）が接続される ことを特徴とするマイクロホン構成。 ５、特許請求の範囲第３項に記載のマイクロホン構成に
    おいて、 該構成の指向性が該バフルの寸法によつ て制御されることを特徴とするマイクロホ ン構成。 ６、特許請求の範囲第１項に記載のマイクロホン構成に
    おいて、 該マイクロホンが該マイクロホンの互い に向い合うサイドが反対の極のセンサ（第 １２図の１３、２３）を持つように該バフ ル内に位置されることを特徴とするマイク ロホン構成。 ７、単指向性マイクロホン感度パターンを生成する方法
    において、該方法が 各々が本質的に平行な面を持つ第１及び 第２のバフルの壁の中央に本質的に互いに 平行な後退部を作成するステップ、 該後退部の各々の中にマイクロホンの軸 が一致するように両指向性ファーストオ ーダーマイクロホンを設置するステップ、 該マイクロホンの出力からの信号経路内 に少なくとも１つの遅延デバイスを導入す るステップ、及び 該構成に指向性感度パターンが与えられ るように該マイクロホンからの出力信号を 加算するステップから成ることを特徴とす る方法。
JP60285897A 1984-12-20 1985-12-20 単指向性セコンド オ―ダ― グラデイエント マイクロホン Expired - Fee Related JP2537785B2 (ja)

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