KR20110091873A

KR20110091873A - 수음 장치

Info

Publication number: KR20110091873A
Application number: KR1020117013796A
Authority: KR
Inventors: 료 오오우찌; 유이찌로 스에나가; 사또시 우까이; 세이이찌로 호소에
Original assignee: 야마하 가부시키가이샤
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-08-16
Also published as: JP2010147692A; CN102227918A; US20120014535A1; JP5309953B2; KR101259322B1; US9294833B2; WO2010071157A1; CN102227918B; EP2360939A4; EP2360939A1

Abstract

본 발명은 원하는 지향성에 대한 오차가 작은 수음 장치를 제공한다. 1개의 평면 상에 단일 지향성 마이크(12A), 단일 지향성 마이크(12B) 및 단일 지향성 마이크(12C)가 배열되어, 각 단일 지향성 마이크의 최대 감도 방향이 배열 내측 방향으로 향하게 된다. 각 단일 지향성 마이크의 배면(감도가 극소가 되는 방향)은 음향적으로 개방되도록 되어 있다. 각 단일 지향성 마이크의 최대 감도 방향이 배열 내측 방향으로 향하게 됨으로써, 각 단일 지향성 마이크의 진동면의 위치를 배열의 중심 위치에 근사할 수 있다. 이에 의해, 각 단일 지향성 마이크가 수음한 소리의 게인을 조정함으로써, 평면 상에서 자유롭게 지향성을 보다 작은 오차로 형성할 수 있다.

Description

수음 장치{SOUND COLLECTION DEVICE}

본 발명은 하우징 주위의 소리를 수음하는 수음 장치에 관한 것이다.

종래, 하우징 주위의 소리를 수음하는 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1과 같은 것이 있다. 특허문헌 1의 장치는, 사면체의 각 면에 마이크로폰(이하, 간단히 마이크라고 한다)을 구비하여, 전체 둘레 방향의 소리를 수음할 수 있는 것이다.

또한, 3개의 단일 지향성 마이크의 수음 방향을 외측 방향으로 120도씩 어긋나게 하여 배치하고, 전체 둘레 방향의 소리를 수음하여, 각각의 단일 지향성 마이크의 수음 레벨로부터 음원의 방향을 탐지하는 장치도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2).

또한, 복수의 마이크를 사용하여 임의의 방향의 소리를 수음하는 장치도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3).

일본 특허 공개 소51-32319호 공보 일본 특허 공개 제2001-153941호 공보 일본 특허 공개 제2008-48355호 공보

특허문헌 1 내지 3의 장치는, 각 마이크의 진동면이 이격되어 있기 때문에, 특히 1㎑ 이상과 같은 높은 주파수 대역에서는 원하는 지향성에 대한 오차가 커진다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 원하는 지향성에 대한 오차가 작은 수음 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 수음 장치는, 복수의 단일 지향성 마이크와, 각 마이크가 수음한 소리의 게인(gain)을 조정하는 복수의 게인 조정부와, 게인 조정 후의 소리를 각각 가산하는 가산부를 구비하고, 1개의 평면 상에 상기 복수의 단일 지향성 마이크를 배열하여, 각 단일 지향성 마이크의 감도 극대의 방향을 배열 내측 방향으로 향하게 한 수음 장치이다.

이와 같이, 본 발명의 수음 장치는 각 마이크의 감도 극대의 방향을, 배열의 내측 방향으로 향하게 함으로써, 외측으로 향하게 하는 것보다 진동면을 근접시켜서 배치할 수 있다. 따라서, 가산부에서 신호가 가산되는 경우, 다른 마이크의 진동면에서 얻어지는 신호끼리의 시간 어긋남이 작아져, 원하는 지향성에 대한 오차를 작게 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 수음 장치에 의하면, 1㎑ 이상과 같은 높은 주파수 대역에 있어서도, 원하는 지향성에 대한 오차를 작게 할 수 있다.

또한, 상기 평면과 다른 위치에, 당해 평면을 향하는 방향과 반대 방향으로 감도 극대의 방향을 향하게 한 다른 단일 지향성 마이크를 더 배열하여도 좋다.

또한, 상기 평면과 다른 위치에, 당해 평면을 향하는 방향으로 감도 극대의 방향을 향하게 한 다른 단일 지향성 마이크를 더 배열하여도 좋다.

이 경우, 상기 평면 상 외에, 다른 단일 지향성 마이크가 배치되어 있는 방향으로도 지향성을 형성할 수 있고, 입체 방향(구 전체 방향)으로도 원하는 방향으로 자유로운 지향성을 형성할 수 있다.

또한, 상기 복수의 단일 지향성 마이크를, 각 단일 지향성 마이크를 정점으로 하는 다각형을 구성하도록 배열하고, 각 단일 지향성 마이크의 감도 극대의 방향을 상기 다각형의 선분 위 혹은 내부를 향하게 하여도 좋다.

또한, 상기 복수의 단일 지향성 마이크를 각 단일 지향성 마이크의 지향축이 1개의 점에서 교차하도록 배열하여도 좋다.

또한, 상기 복수의 단일 지향성 마이크를 상기 1개의 점을 중심으로 하는 원주 상에 배열하여도 좋다.

또한, 상기 복수의 단일 지향성 마이크를 원주 상에 배열하여도 좋다.

또한, 상기 복수의 단일 지향성 마이크를 상기 원주 상에 등간격으로 배열하여도 좋다.

본 발명에 의하면, 복수의 지향성 마이크의 진동면을 근접시켜서 배치할 수 있어, 원하는 지향성에 대한 오차를 작게 할 수 있다.

도 1은 수음 장치의 정면도.
도 2는 수음 장치의 배면도.
도 3은 수음 장치의 좌측면도.
도 4는 수음 장치의 평면도.
도 5는 수음 장치의 음성 신호 처리 계통의 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 지향성 제어의 형태를 나타내는 개요도.
도 7은 중심 위치로부터 마이크 수음면의 거리를 변경했을 때에 얻어지는 지향 특성을 도시한 도면.
도 8은 상면 방향의 지향성 제어의 형태를 나타내는 개요도.

도 1 내지 도 4는, 본 실시 형태의 수음 장치의 구성을 나타내는 외관도이다. 도 1은 정면도, 도 2는 배면도, 도 3은 좌측면도, 도 4는 평면도이다. 도 1 내지 도 4에 있어서, 수음 장치의 우측면측을 X, 좌측면측을 -X, 상면측을 Y, 하면측을 -Y, 정면측을 Z, 배면측을 -Z로 한다.

수음 장치(1)의 토대가 되는 하우징(11)은, 상하 방향으로 얇은 직육면체 형상으로 이루어지고, 예를 들어 수지 재질로 이루어진다. 하우징(11)의 상면에는, 3개의 지주(13A, 13B, 13C)가 하우징 상면에 수직으로 설치되어 있다. 각 지주도 예를 들어 수지 재질로 이루어진다.

지주(13A)는 장치 정면측에 설치되고, 지주(13B)는 장치 우측 배면측에 설치되며, 지주(13C)는 장치 좌측 배면측에 설치되어 있다. 도 4의 평면도에 도시한 바와 같이, 각 지주는 하우징 중심 위치로부터 등거리로, 각각 120도 간격으로 균등하게 배치되어 있다.

지주(13A, 13B, 13C)의 최상면에는, 각각 상하 방향으로 얇은 판 형상의 탄성 고무(131A, 131B, 131C)가 설치되어 있다. 탄성 고무(131A, 131B, 131C)는 각각 하우징 중심을 향하게 하여 연장되어 있고, 마이크 프레임체(14A, 14B, 14C)의 하부에 설치된 조인트부(141A, 141B, 141C)에 설치되어 있다.

마이크 프레임체(14A, 14B, 14C)는 원통 형상으로 이루어지고, 그 중공 내부에 원기둥 형상의 마이크(단일 지향성 마이크)를 끼워 넣는 것이 가능하도록 되어 있다. 각 마이크 프레임체의 원통 저면의 개방 부분은, 수음 장치를 평면에서 본 상태에 있어서, 각각 120도씩 어긋난 방향을 향하고 있다.

즉, 마이크 프레임체(14A)의 원통 저면의 개방 부분은 장치 정면 및 배면 방향을 향하고 있어, 단일 지향성 마이크의 지향성을 장치 정면 또는 배면 방향을 향하게 하여 설치할 수 있도록 되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 마이크 프레임체(14A)에 끼워 넣는 단일 지향성 마이크(12A)의 감도 극대의 방향(최대 감도 방향)을 장치 배면측을 향하게 하고 있다. 이 단일 지향성 마이크(12A)의 최대 감도 방향을 0도로 한다.

또한, 마이크 프레임체(14B)의 원통 저면의 개방 부분은 장치 우측 배면 및 좌측 정면 방향을 향하고 있다. 본 실시 형태에서는, 마이크 프레임체(14B)에 끼워 넣는 단일 지향성 마이크(12B)의 최대 감도 방향을 장치 좌측 정면측을 향하게 하고 있다. 즉, 하우징을 평면에서 보아 상기 0도로부터 좌회전 120도의 각도(+120도의 방향)를 향하게 하고 있다.

또한, 마이크 프레임체(14C)의 원통 저면의 개방 부분은 장치 좌측 배면 및 우측 정면 방향을 향하고 있다. 본 실시 형태에서는, 마이크 프레임체(14C)에 끼워 넣는 단일 지향성 마이크(12C)의 최대 감도 방향을 장치 우측 정면측을 향하게 하고 있다. 즉, 하우징을 평면에서 보아 상기 0도로부터 우회전 120도의 각도(-120도 또는 +240도의 방향)를 향하게 하고 있다.

또한, 수음 장치(1)를 평면에서 본 상태에 있어서, 각 마이크 프레임체의 하우징 중심측(각 지향성 마이크의 최대 감도 방향)에는, 동일하게 원통 형상의 마이크 프레임체(14L)가 설치되어 있다. 마이크 프레임체(14L)는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 마이크 프레임체(14A) 내지 마이크 프레임체(14C)보다 상면측에 설치되어 있고, 원통 저면의 개방 부분은 장치 상면측 및 하면측을 향하고 있다. 본 실시 형태에서는, 마이크 프레임체(14L)에 끼워 넣는 단일 지향성 마이크(12L)의 최대 감도 방향을 장치 상면측을 향하게 하고 있다.

마이크 프레임체(14A, 14B, 14C, 14L)는 수지 금형의 일체 성형으로 이루어지고, 각각의 프레임체에 끼워 넣어지는 4개의 마이크를 1유닛으로 하여 고정할 수 있도록 되어 있다.

일체 성형되는 프레임체는, 수음 장치를 평면에서 본 상태에 있어서, 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)의 지향축(최대 감도 방향의 축)이 1개의 점에서 교차하도록 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 수음 장치에서는, 상기 3개의 지주, 탄성 고무 및 조인트부의 형상, 설치 위치를 조정함으로써, 수음 장치(1)의 하우징 중심 위치와 지향축이 교차하는 점을 같게 하고 있다.

이 구조에 의해, 1개의 평면(하우징 상면과 평행하는 면) 상에 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)가 배열되고, 각 단일 지향성 마이크의 최대 감도 방향이 배열 내측 방향으로 향하게 된다. 즉, 상기 지향축이 교차하는 점을 중심으로 한 원주 상에 각 단일 지향성 마이크가 내측 방향으로 배열된다. 이와 같이, 각 마이크의 최대 감도 방향을 배열의 내측 방향으로 향하게 함으로써, 외측을 향하게 하는 것보다 진동면을 근접시켜서 배치할 수 있다. 그 결과, 각 단일 지향성 마이크의 진동면의 위치를 상기 지향축이 교차하는 점에서 근사할 수 있다. 따라서, 상기 평면 상에 있어서의 지향성 제어를 1㎑ 이상과 같은 높은 주파수 대역에 있어서도 작은 오차로 실현할 수 있다.

또한, 4개의 마이크는 지주, 탄성 고무 및 조인트부에 의해, 하우징(11)의 상면으로부터 이격되어서 공중에 뜬 상태로 고정된다. 특히, 수직 방향의 단일 지향성 마이크(12L)는, 상기 단일 지향성 마이크(12A), 단일 지향성 마이크(12B) 및 단일 지향성 마이크(12C)에 의해 형성되는 평면보다 상면측에 배치되고, 하우징(11)의 상면으로부터 가장 이격된 위치에 배치된다. 이로 인해, 단일 지향성 마이크(12L)의 배면도 음향적으로 개방된다.

이어서, 수음 장치(1)의 지향성 제어에 대하여 설명한다. 도 5의 (A)는 수음 장치의 음성 신호 처리 계통의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 6은 지향성 제어의 형태를 나타내는 개요도이다. 또한, 도 6에 나타내는 특성은, 설명을 위하여 이상적인 특성을 나타낸 것이며, 실제 특성을 도시한 도면이 아니다.

수음 장치(1)는, 신호 처리 계통의 구성으로서, 게인 조정부(31A, 31B, 31C, 31L) 및 가산부(32)로 이루어지는 신호 처리부(3)를 구비하고 있다.

각 단일 지향성 마이크가 출력하는 음성 신호는, 신호 처리부(3)의 각 게인 조정부에서 게인 조정되고, 그 후 가산부(32)에서 서로 가산된다. 수음 장치(1)는, 각 게인 조정부의 게인을 제어함으로써, 장치 주위에 임의의 지향성을 형성할 수 있다.

게인 조정부(31A, 31B, 31C)의 각 게인(G1, G2, G3)은 지향성을 형성하는 방향(최대 감도 방향의 각도)을 θ, 마이크의 가중 계수를 f라고 하면, 이하와 같이 결정된다.

G1 = 2/3×{1-f(1-2cosθ)}

G2 = 2/3×{1-f(1-2cos(θ-120°))}

G3 = 2/3×{1-f(1-2cos(θ+120°))}

또한, 가중 계수 f는 지향성의 형태를 정하는 계수이며, 0 이상 1 이하의 값이다. 예를 들어, f=0에서 무지향성, f=0.5에서 단일 지향성, f=1에서 쌍지향성이 된다. 여기서, θ의 값을 임의로 결정함으로써, 임의의 방향으로 지향성을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, θ=180도, 즉 장치 정면측(Z 방향)에 단일 지향성을 형성하는 경우, 가중 계수 f=0.5로서, 각 게인의 값은,

(G1, G2, G3)=(-1/3, 2/3, 2/3)

이 된다. 출력하는 신호 M은, 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)의 출력 신호인 M1, M2, M3을 사용하여,

M=G1×M1+G2×M2+G3×M3=-1/3×M1+2/3×M2+2/3×M3

로 나타내어진다. 이에 의해, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 3개의 마이크의 합성 특성의 최대 감도 방향의 각도를 180도, 최소 감도의 방향을 0도 방향으로 향하게 할 수 있다. 즉, θ=180도의 방향으로 단일 지향성을 형성할 수 있다.

본 실시 형태의 수음 장치는, 상술한 바와 같이 각 마이크의 최대 감도 방향을 배열의 내측 방향으로 향하게 함으로써, 각 단일 지향성 마이크의 진동면의 위치를 상기 지향축이 교차하는 점(중심 위치)에서 근사할 수 있고, 상기 게인의 계산식에 의해 1㎑ 이상과 같은 높은 주파수 대역에 있어서도 원하는 지향성에 대한 오차를 충분히 작게 할 수 있다.

도 7은 중심 위치로부터 마이크 수음면의 거리를 변경했을 때에 얻어지는 지향 특성(각도마다의 게인)을 도시한 도면이다. 도 7에 있어서는, 중심 위치로부터 마이크 진동면까지의 거리를 3㎜, 6㎜ 및 10㎜로 한 경우에 얻어지는 1㎑, 2㎑, 4㎑ 및 8㎑의 지향 특성을 나타내고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 중심 위치부터 마이크 진동면까지의 거리가 작을수록, 높은 주파수에 있어서도 0도 부근의 감도의 최소값이 작아진다. 즉, 높은 주파수까지 단일 지향성으로서의 특성이 얻어진다.

예를 들어, 각 단일 지향성 마이크의 두께가 3㎜ 정도라고 하면, 각 마이크의 최대 감도 방향을 배열의 외측 방향으로 향하게 한 경우와 내측 방향으로 향하게 한 경우에서, 중심 위치로부터 마이크 진동면까지의 거리가 3㎜ 정도 상이하다. 즉, 도 7에 나타낸 3㎜의 특성과 6㎜의 특성 정도의 차가 발생한다(감도의 최소값에서 6dB 정도의 차가 발생한다).

따라서, 각 마이크의 최대 감도 방향을 배열의 내측 방향으로 향하게 하는 것이, 1㎑ 이상과 같은 높은 주파수 대역에 있어서도 지향성 형성을 실현하기 위하여 효과적이라고 말할 수 있다(각 마이크의 진동면의 위치를 중심 위치에서 근사할 수 있다고 말할 수 있다).

또한, 본 실시 형태의 수음 장치에 있어서는, 수직 방향의 단일 지향성 마이크(12L)를 사용함으로써, 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)가 배열되는 평면 상뿐만 아니라, 장치 상면측에도 임의의 방향으로 지향성을 형성할 수 있다. 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, θ=180도의 방향으로 단일 지향성을 형성한 수평 방향 마이크[단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)의 합성]에 의한 음성 신호에 대한 게인과, 수직 방향의 단일 지향성 마이크(12L)의 음성 신호에 대한 게인을 동일해지도록 게인 조정하면, 장치 정면 상측(Y, Z 방향)에 지향축을 형성할 수 있다.

또한, 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)에 대하여는, 실제로는 하우징 하면측에도 감도를 갖는 것이기 때문에, 본 실시 형태의 수음 장치에서는, 입체 방향(구 전체 방향)으로 자유롭게 지향성을 형성할 수 있다.

또한, 각 단일 지향성 마이크의 상기 배열 형태는, 상기의 예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같은 배열 형태이어도 좋다.

도 5의 (B)는, 단일 지향성 마이크(12B) 및 단일 지향성 마이크(12C)를 대향시키는 배열의 예를 나타내고 있다. 이 경우, 단일 지향성 마이크(12B)의 최대 감도 방향은 장치 좌측(θ=90도의 방향)이며, 단일 지향성 마이크(12C)의 최대 감도 방향은 장치 우측(θ=-90도의 방향)이다. 이와 같이, 단일 지향성 마이크(12B) 및 단일 지향성 마이크(12C)를 대향시키는 경우라도, 임의의 방향으로 지향성을 형성할 수 있다. 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 게인 조정부(31A, 31B, 31C)의 각 게인(G1, G2, G3)은, 이하와 같이 설정된다.

이 경우, θ=180도, 즉 장치 정면측에 단일 지향성을 형성하는 경우, 지향 계수 f=0.5라고 하면, 각 게인의 값은,

(G1, G2, G3)=(-1, 1, 1)

이 된다. 이와 같이, 1개의 평면 상에 3개 이상의 복수의 단일 지향성 마이크를 배열하고, 각 단일 지향성 마이크의 최대 감도 방향을 배열 내측 방향으로 향하게 하는 형태라면, 어떤 배열 형태이더라도 본 발명의 수음 장치를 실현하는 것이 가능하다. 바꿔 말하면, 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)를 정점으로 한 다각형(삼각형)을 상정한 경우, 각 단일 지향성 마이크의 감도 극대의 방향이 다각형의 선분 위 혹은 내부를 향하게 하는 배열로 되어 있으면 된다.

또한, 상기의 예에서는, 동일 평면 내에서 3개의 마이크를 배열하는 예에 대하여 설명하였지만, 물론 동일 평면 내에서 다수의 마이크를 더 배열하도록 하여도 좋다. 또한, 수직 방향의 단일 지향성 마이크도 1개로 한정되지 않고, 복수 개를 더 구비하고 있어도 좋다. 예를 들어, 상기 수직 방향의 단일 지향성 마이크(12L)와 반대 방향(상기 평면을 향하는 방향)으로 지향성을 갖는 마이크를 더 구비하고 있어도 좋다. 또한, 단일 지향성 마이크(12L)를 설치하지 않고, 단일 지향성 마이크(12L)와 반대 방향으로 지향성을 갖는 마이크만을 설치하여도 좋다.

또한, 상기의 예에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 단일 지향성 마이크(12A, 12B, 12C)의 지향축이 교차하는 점을 중심으로 한 원주 상에 단일 지향성 마이크를 균일하게 배열시키고 있었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 지향성 마이크의 감도 극대의 방향을 배열 내측으로 향하게 하여, 복수의 단일 지향성 마이크의 진동면을 근접시켜서 배치시킬 수 있으면, 원주 상에 균일하게 배치하는 것은 필수적이지 않다.

Claims

복수의 단일 지향성 마이크로폰과,
각 마이크로폰이 수음한 소리의 게인(gain)을 조정하는 복수의 게인 조정부와,
게인 조정 후의 소리를 각각 가산하는 가산부를 구비하고,
1개의 평면 상에 상기 복수의 단일 지향성 마이크로폰을 배열하고, 각 단일 지향성 마이크로폰의 감도 극대의 방향을 배열 내측 방향으로 향하게 한 수음 장치.
제1항에 있어서,
상기 평면 상과 다른 위치에, 상기 평면을 향하는 방향과 반대 방향으로 감도 극대의 방향을 향하게 한 다른 단일 지향성 마이크로폰을 더 배열한 수음 장치.
제1항에 있어서,
상기 평면 상과 다른 위치에, 상기 평면을 향하는 방향으로 감도 극대의 방향을 향하게 한 다른 단일 지향성 마이크로폰을 더 배열한 수음 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 단일 지향성 마이크로폰을, 각 단일 지향성 마이크로폰을 정점으로 하는 다각형을 구성하도록 배열하고, 각 단일 지향성 마이크로폰의 감도 극대의 방향을 상기 다각형의 선분 위 혹은 내부를 향하게 한 수음 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 단일 지향성 마이크로폰을 각 단일 지향성 마이크로폰의 지향축이 1개의 점에서 교차하도록 배열한 수음 장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 단일 지향성 마이크로폰을 상기 1개의 점을 중심으로 한 원주 상에 배열한 수음 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 단일 지향성 마이크로폰을 원주 상에 배열한 수음 장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 단일 지향성 마이크로폰을 상기 원주 상에 등간격으로 배열한 수음 장치.