JPS63262577A - 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〕 本発明はマイクロホン装置に係り、特にマイクロホン出
力を利用して音源迄の距離を測定するようにしたマイク
ロホン装置に用いて好適なものである。

〔発明の概要〕

２つのマイクロホンを設け、夫々のマイクロホンから出
力される音声信号のレベル比を検出することにより、マ
イクロホンから音源迄の距離を測定することができるよ
うにしたマイクロホン装置である。

〔従来の技術〕

テープレコーダや電話器、或いは音声認識装置に入力す
る音声を、音源迄の距離によって制御したい場合がある
。例えばマイクロホン装置から一定の距離以内にある音
源から発音された音声だけを入力し、遠方の音源から発
音された音をカントしたり、または入力レベルを下げた
りする場合などである。

距離を測定するセンサとしては、一般的に赤外線や超音
波を使用したものが使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

赤外線や超音波を使用したセンサは、単に目標点までの
距離を検出するものであって、マイクロホンに入力する
音自体の伝播距離を検出するものではない。従って成る
距離を隔てた音源から発音があったときのみマイクロホ
ン出力の音声信号を有効にするような構成にすることは
困難である。

マイクロホン出力の音声信号のレベルに着目して音声信
号を制御することは可能であるが、音源が遠い場合と音
源の音圧が低い場合とを弁別することが困難であるから
、音源音圧が一定である場合を除いて距離に対応した制
御を行うことはできない。

本発明は上述の問題点にかんがみ、マイクロホンに実際
に入力した音声を利用して、音源迄の距離を測定できる
ようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明のマイクロホン装置は、２つのマイクロホン１．
２と、これら２つのマイクロホン１．２の夫々から出力
される２つの音声信号Ｓ、　、ＳＺのレベル比を検出し
て音源迄の距離を測定する回路（ＲＭＳコンバータ５、
コンパレータ６）とを具備している。

〔作用〕

２つのマイクロホンの出力のレベル比を求めることによ
り、音源の発音レベル（音圧）の変化の影響を受けずに
、距離情報のみを得ることができる。距離情報を用いて
マイクロホン出力のゲイン制御やオン・オフ、制御を行
えば、特定位置又は特定範囲の音のみを強調するような
信号処理を行うことが可能になる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すマイクロホン装置のブ
ロック図である。

このマイクロホン装置は、互に近接配置された指向性を
有するマイクロホン１と、無指向性のマイクロホン２と
を備えている。

マイクロホン１は指向性なので近接効果を有し、従って
マイクロホン１から出力される音声信号Ｓ１の出力特性
は、入力音声の音源が近い場合には低域周波数のゲイン
は無指向性マイクロホンよりも高く、成る距離よりも離
れると反対に低くなる。

第２図は音源迄の距離を！、〜β６迄変化させてマイク
ロホン１の近接効果を測定した例を示している。

ｌ、は音源をマイクロホン１に最も近づけた時のマイク
ロホン１の出力レベルを示しており、１２〜β６は発音
する音声の音圧レベルを一定に保ちなから遠去けていっ
た時の各距離における出力レベルを示している。第２図
から判るように、低域周波数帯においては指向性マイク
ロホン１から出力される音声信号Ｓ、の出力レベルは、
入力音声の音源が近い場合は無指向性マイクロホン２か
ら出力される音声信号Ｓ２の出力レベルよりも大きくな
り（Ｓｌ　〉ＳＺ）、その差は音源が近い程大きい。そ
して音源を遠去けるに従ってレベル差は少なくなり、成
る距離ｐ４においてレベル差が無（なる（ｓ＋　−３２
）。その後音源を更に遠去けると指向性マイクロホン１
から出力される音声信号Ｓ、の方が無指向性マイクロホ
ン２から出力される音声信号Ｓ２よりも出力レベルが小
さくなる（Ｓ＋＜ＳＺ）　　。

マイクロホン１．２から出力される音声信号ＳＩ、ＳＺ
は夫々アンプ３ａ、３ｂで増幅されてからバンドパスフ
ィルタ４ａ、４ｂに与えられる。バンドパスフィルタ４
ａ、４ｂは音声信号Ｓｔ、Ｓｚの高域をカットして低域
のみを通過させるために設けられており、本実施例にお
いては、音声帯域で近接効果が現われる２００Ｈｚ前後
の周波数ｆ１を通過させるようにしである。

バンドパスフィルタ４ａ、４ｂにおいて帯域幅が２００
Ｈｚ前後の狭帯域にカットされた音声信号Ｓ、、Ｓ、は
夫々ＲＭＳコンバータ５ａ、５ｂに与えられ、対数圧縮
された音声レベル信号５ｌｉｔ、３２ｍに変換される。

対数変換されたレベル信号Ｓ＋ａ、Ｓ２３はコンパレー
タ６に与えられて、差信号Ｓ３が得られる。差信号Ｓ３
は、マイクロホン１及び２から出力された音声信号ＳＩ
と８２とのレベル比を示す信号となる。比をとることに
より発音源の音圧レベルの大小による影響を除いて第２
図のＡ、−Ｊ６に対応した距離情報が得られる。

第３図は検出信号Ｓ３　（差信号）の電圧レヘル（ｄＢ
）と距離との関係を示している。第３図から判るように
、検出信号Ｓ３の電圧レベルは音源迄の距離がＯ（ｃｍ
）の時にプラス方向の最大値（ｄＢ）を示し、音源迄の
距離が遠くになるに従って電圧レベルが減少し、距離が
ｄｌ　　（ｃｍ）の時（第２図のβ４に対応）にＯ（ｄ
Ｂ）となる。そして音源が上記距離ａ、　　（ｃｍ）か
ら更に遠去かると、負方向に増大して行く。

検出信号Ｓ３の変化勾配や距離ｄ、の値は、マイクロホ
ン１及び２の性能及び近接効果特性、或いは回路定数な
どによって定まる。

コンパレータ６から出力された検出信号Ｓ３はコンパレ
ータ７に与えられて基準電圧Ｅと比較される。基準電圧
Ｅの電圧値はマイクロホン装置が制御する距離に合わせ
て設定されている。従ってマイクロホン１．２に入力す
る音声が上記制御距離よりも近い距離から発音された場
合は、検出信号Ｓ３の電圧レヘルは基準電圧値Ｅよりも
大きくなる。この場合はコンパレータ７からオン信号Ｓ
４が導出されてアンプ８与えられる。アンプ８にはマイ
クロホン２から出力された音声信号Ｓ２が供給されてお
り、アンプはオン信号Ｓ４が与えられた時にオン動作し
て上記音声信号Ｓ２を増幅し、音声出力信号Ｓ、として
導出する。

検出信号Ｓ３の値が基準電圧Ｅよりも小さい場合には入
力音声の音源が制御距離よりも遠いと判定してオン信号
Ｓ４が反転し、アンプ８がオフとなる。従って遠距離か
らの音声信号はカットされる。

アンプ８の動作を上記のように制御して音声出力信号Ｓ
、を音源迄の距離に対応させて出力させ得るので、テー
プレコーダ、音声認識装置、公衆電話、ヘッドホン・マ
イクセットなどのように音声を入力する装置に、近傍で
発音された音声だけを入力させることができる。

例えばテープレコーダの場合、会議や講演会などにおい
てテープレコーダの近傍から発音された音声だけ記録す
ることができるので、遠方から発音された音声をカット
することができてＳ／’Ｎを向上できる。

上記した音声認識装置などに用いた場合も遠方から入力
する音声をカットすることができ、周囲の雑音が多い場
所に装置が設けてあっても認識誤りが増大することがな
い。また距離情報によって入力ゲインを制御してマイク
と入力者との距離変化によるレベル変化を補正すること
もできる。

電話やヘッドホン・マイクセントに用いる場合、音源が
遠い音声を完全にカットしてしまうと対話が不自然にな
ってしまう。このような場合はアンプ８を電源制御増巾
器とし、これにコンパレータ６から出力される検出信号
Ｓ３を直接与えて音源迄の距離に応じたゲイン制御を行
なわせるようにすればよい。このようにすれば、マイク
ロホンから遠い場所で発音された音声の出力レベルを下
げることができて雑音の少ない良好な通話を行うことが
できると共に、相手に不自然な惑じを与えないようにす
ることができる。

また音源が遠い時に音声出力を導出するようにすること
もできる。このように構成したマイクロホン装置をカメ
ラ一体型ＶＴＲに設ければ、ＶＴＲでメカ雑音が発生し
てもそれを集音せずに遠方から入力する音声だけを集音
することができる。

また上記検出信号Ｓ、の距離情報によってアンプ８の周
波数特性を変えてもよい。例えば、成る距離よりも遠方
からの音声信号については低域をカットするように構成
できる。

また成る距離範囲にある音源から発音された音声だけを
集音し得るように、コンパレータ７をウィンドコンパレ
ータで構成してもよい。

上記実施例においては、マイクロホン２から出力される
音声信号Ｓ２をアンプ８に与えていたが、マイクロホン
１からの出力信号Ｓｌをアンプ８に与えるようにしても
よい。

第４図は本発明の別の実施例を示し、２個の単一指向性
マイクロホン１１．１２を間隔ｄだけ離して配置して、
音源の距離を検出するようにしている。２個のマイクロ
ホン１１．１２をそれぞれ指向軸を一致させて配置し、
かつマイクロホン１１の感度をマイクロホン１２よりも
６ｄＢ前後高くしである。従って各マイクロホンから出
力される音声信号Ｓ＋、Ｓｚのレベルは第５図のＡ、Ｂ
に示すように差が生ずる。

第６図は出力レベル比コンタ−図を示している。

このコンタ−図はマイクロホン１１．１２から出力され
る音声信号Ｓ８、Ｓ２をアンプ３ａ、３ｂ、ＲＭＳコン
バータ５ａ、５ｂを通してコンパレータ６に供給し、得
られたレベル比の等しい点を結んで形成したものであり
、図示の例はレベル比（ｃｌＢ）が＋３、＋６、＋９、
＋１２、−１２−−−−−−−−−−である各点を結ん
だ例を示している。

第６図から判るように指向軸を音源の方向に向けた場合
、マイクロホン１１から音源迄の距離がｌ、の時にレベ
ル比が＋３となり、距離Ｉ！２〜ｐ５のようにマイクロ
ホン１１に近づくに従ってレベル比は＋６、＋９、＋１
２と変化する。

マイクロホン１２側も同様に、マイクロホン１２と音源
迄の距離Ｔ、〜Ｔ、がマイクロホン１２に近づくに従っ
て−３、−６、−９、−１２と変化する。

２つのマイクロホンから出力されるレベル比はこのよう
にマイクロホンから音源迄の距離に対応して変化するの
で、レベル比を検出することによって音源迄の距離を測
定することができる。

なお音源が近い場合、例えば５０ｃｍ程度の距離を測定
する場合はマイクロホン１１と１２との間隔ｄを４ｃｍ
程度離しておけばよい。また遠くの音源を測定する時に
は、２つのマイクロホン１１．１２の間隔を拡げておけ
ばよい。なおマイクロホン１１．１２は無指向性でもよ
く、また各マイクロホン１１．１２の感度を同じにして
おいてもよい。

第７図は本発明のマイクロホン装置に方向検出回路１５
を付加した例を示している。

方向検出回路１５はマイクロホン１．２から音声信号Ｓ
、、Ｓ２が出力される時の時間差または位相差を検出し
て音源の方向を測定するものである。

第８図は時間差を検出して音源の方向を測定するように
した方向検出回路１５のブロック図を示しており、マイ
クロホン１．２から出力された音声信号Ｓ、、Ｓ２を夫
々出力信号検出回路１６．１７に入力している。出力信
号検出回路１６．１７は入力された音声信号Ｓ、　、Ｓ
２のエツジ検出を行なっ゛て、各音声信号Ｓ、　、Ｓ、
がマイクロホン１．２から出力されたタイミングで検出
信号Ｓ６、Ｓ、を時間差検出回路１８に与える。

時間差検出回路１８はパルス発生器、カウンタなどを有
しており、一方の検出信号Ｓ６またはＳ７が与えられた
時にパルス発生器から発生されるパルス（例えばＩ　Ｍ
）ｌｚのパルス）のカウントを開始する。そして他方の
検出信号Ｓ７またはＳ６が与えられた時にカウントを停
止し、その間にカウントした計数値に対応する電圧値の
時間差信号Ｓ８を出力する。従って上記時間差信号Ｓ８
は、マイクロホン１．２に入力した音源の方向に対応し
ている。

即ち時間差１．−１３及び−ｔ１〜−ｔ、の等しい点を
結ぶと第９図に示すようなコンタ−図が形成される。こ
の図から判るように音源が２つのマイクロホン１．２か
ら等距離にある中心線２６上にある時には夫々のマイク
ロホン１．２から出力される音声信号Ｓｔ、Ｓｚに時間
差が発生しない。

音源の方向を中心線２６に対して角度を持つように変化
させると、時間差がｔｌ　、ｔ２　、ｔ３−・−・−−
−−−−−−−のように拡大し、中心線２６と直交する
方向、即ち２つのマイクロホン１．２を結ぶ線２７上に
音源がある時に時間差が最大となる。このように等高線
がほぼ放射状になるので、時間差信号Ｓ８のレベルで音
源の方向を検出することができる。

この場合、等しい時間差となる方向は４方向となる。即
ち第９図において中心線２６の上側及び下側と、２つの
マイクロホン１．２を結ぶ線２７の左側及び右側の合計
４方向である。

上記４つの方向の内、中心線２６の上側または下側方向
は、時間差の極性に対応させる。即ち、どちらの検出信
号Ｓ６、Ｓ７が先に出力されたかを検出し、カウント値
の符号を定めている。また線分２７の左右方向の特定の
ために、第１０図に示すように、マイクロホン１．２の
各指向軸を中心ｖＡ２６に沿って反対側に向けておき、
一方のマイクロホン２から出力される音声信号Ｓ２の位
相を例えばプラス位相と定めておく。そして２つのマイ
クロホン１．２の合成出力（第１０図のＢ）の位相と、
マイクロホン２から出力される音声信号Ｓ２の位相とを
領域検出回路３０で比較する。

そしてこれらの位相が第１０図Ａ、Ｂの一点鎖線で示す
ように、同相ならば音源が第１０のＡにおいて矢印３１
で示す方向に音源があると判定する。

また逆相ならば矢印３２で示す方向に音源があると判定
する。領域検出回路３０はこのようにして判定した左右
の領域を示す信号Ｓ、をレベル検出回路１９に出力する
。

レベル検出回路１９はウィンドコンパレータとして形成
されており、第１１図に示すように上記時間差検出回路
１８から出力された時間差信号Ｓ８の電圧レベルΔＥに
対応する音源の角度θを検出する。そして上記角度θが
レベル検出回路工９で設定した基準電圧Ｂ＋、Ｅｚに対
応する角度θ。

〜θ２の範囲内にある時にはオン信号Ｓ、。を出力する
。

なお右側音源を選択する場合、上記電圧レベルΔＥと同
じ電圧値となる角度θ′　（これは９０゜〜１８０°の
間に存在する）は、領域検出回路３０から出力される領
域信号Ｓ、に基いて抑止される。

このようにして得られたオン信号ＳＩＯと、距離検出系
１４から出力さるオン信号Ｓ４とが第７図においてアン
ド回路２１に与えられる。そしてこれらのオン信号Ｓ４
、Ｓ１ｏが両方共に与えられた時にはアンド回路２１か
らアンプ８に制御信号ＳＩＩが導出されて、アンプ８が
オン動作する。従って音源が成る特定方向の成る特定の
距離にある時にアンプ８を動作させて、音声出力信号Ｓ
５を出力することができる。

第１２図は２個の電圧制御増幅器（ＶＣＡ）２８．２９
を直列に接続し、各電圧制御増幅２８．２９を距離検出
回路Ｉ４から出力される検出信号Ｓ３と、方向検出回路
１５から出力される、方向信号Ｓ１□で夫々ゲイン制御
して距離及び方向に対応したレベルの音声出力信号Ｓ５
を得るようにした例を示している。

なお上記の実施例においてはマイクロホンを２個設けた
例を示したが、マイクロホンを３個以上配置し、２つの
マイクロホンの対を２対以上としてもよい。この場合、
各マイクロホンの対を異る方向に向けておけば種々の方
向に音源がある場合でも正確に測定することができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述の如く、２つのマイクロホンから出力され
る音声信号のレベル比を検出して音源迄の距離を測定す
るようにしたので、マイクロホンに入力した音声の音源
迄の距離（伝搬距離）を測定することができ、距離情報
に基いて音源の位置に対応させたマイクロホン出力の制
御（ゲイン制御、オン・オフ制＜ＭＥ、周波数制御等）
を行うことが可能となる。また２つのマイクロホンから
出カフ される各音声信号のレベル比を検出して距離測定を行な
っているので、音源の発音レベルの大小による誤差がな
く、正確な距離測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すマイクロホン装置のブ
ロック図、第２図は指向性マイクロホン及び無指向性マ
イクロホンの出力特性を示す図、第３図は２個のマイク
ロホン出力のレベル比特性の一例を示すグラフ、第４図
〜第６図は他の実施例を示し、第４図はマイクロホン装
置のブロック図、第５図は第４図に示したマイクロホン
装置に用いた２個のマイクロホンの指向特性図、第６図
は２個のマイクロホン出力のレベル比の等しい点を結ん
で形成した等比線図、第７図は方向検出回路を付加した
マイクロホン装置のブロック図、第８図は方向検出回路
のブロック図、第９図は方向検出回路で検出した時間差
の等しい点を結んで形成した等差線図、第１０図のＡは
２つのマイクロホンを配設する向きを示す指向特性図、
第１０図のＢは２つのマイクロホンの合成出力の指向特
性図、第１１図は方向検出回路から出力される時間差信
号の電圧レベルの変化を示すグラフ、第１２図は方向検
出系を付加してゲイン制御を行うようにした例を示すブ
ロック図である。 なお図面に用いた符号において、 １　、２−−−−−−−−−−−・−・−マイクロホン
５ａ　、　５ｂ　−−−−−−−−−−ＲＭ　Ｓコンバ
ータ６−−−−−−−−−−−−−−−−−・−・−・
コンパレータＳ、、　５２−−−−−−一・−・音声信
号Ｓ　Ｉ　１１　＋　３２１１　’−−−’−’−−−
−−音声レベル信号である。　　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　２つのマイクロホンと、上記２つのマイクロホンから
   出力される夫々の音声信号のレベル比を検出して音源迄
   の距離を測定する回路とを具備するマイクロホン装置。