WO2001028282A1 - Dispositif pour recueillir des sons - Google Patents

Description

明細書

収音装置 技術分野

本発明は収音装置に係り、 特に、 光を用いて振動板の振動を電気信号に変換す る光マイクロフオンを用いた収音装置に関する。 背景技術

従来の収音装置の 1つとして回転型マイクロフォン装置と呼ばれるものがある これは円形のフレームに複数のマイクロフオンを並べて話者の発音方向にマイ クロフオンを電気的に回転させ、 該当する話者の方向でこの回転を停止させ特定 話者の音声を収録するものである。

図 8は従来の収音装置の 1例を示す構成図で、 （A ) は回転型マイクロフォン 装置を （B ) は並列型マイクロフォン装置を示している。

図 8 ( A ) に示すような回転型マイクロフォン装置の場合には、 テ一ブル等の 円形のフレーム 2 1の所定位置に円形状にマイクロフォン 2 0 i ， 2 0 ₂ , 2 0 3 · · · 2 O N の複数のマイクロフォンを配列し、 各々のマイクロフォンをマイクロ フォン駆動ユニット 2 5に接続する。

このマイクロフォン駆動ュニット 2 5は回転制御ュニット 4 0により制御され 、 所定の方向たとえば時計回りに、 順次駆動されるマイクロフォンを切り替えて 特定のマイクロフォンからの音声のみを出力させる。

回転制御ュニット 4 0は特定話者の方向にあるマイクロフォン 2 0を選択し、 この選択したマイクロフォンに対してマイクロフォン駆動ュニット 2 5を介して 駆動を行い、 それから得られた音声を増幅器 9を介して取り出す。 図 8 ( B ) に示す並列型マイクロフォン装置の場合にも同様に、 複数のマイク 口フォン 3 0 , , 3 0 ₂ , 3 0 ₃ , … 3 0 _N を所定の方向に配列し電気的に所定 のタイミングで切り替えながら駆動させる。 そして選択制御ュニット 4 0により 少なくとも 1つを選択して、 この選択されたマイクロフォン 3 0からの音声信号 を抽出して出力させる。

しかしこのような従来の収音装置では、 回転型もしくは並列型のマイクロフォ ンとして使用される個々のマイクロフォンは無指向性あるいは単一指向性のもの であった。

したがって、 収音対象となる特定話者の方向への指向性が必ずしも高くないた め、 収音対象以外の話者からの音声も出力されたり、 また周囲雑音の影響を受け やすいという欠点があった。

本発明は上述した課題を解決し、 収音対象方向からの収音効率を高め、 しかも 騒音等のバックノイズを低減することのできる収音装置を提供することを目的と する。 発明の開示

上記目的を達成するための本発明による収音装置は、 複数のマイクロフォンを 所定の形状に配列し、 選択されたマイクロフォンを収音対象の方向に指向させ、 前記収音対象が発する音を収音する収音装置であって、 前記複数のマイクロフォ ンの少なくとも 1つを選択し、 選択したマイクロフォンを駆動し前記収音対象か ら収音した音声信号を抽出して出力するマイクロフォン選択制御ュニットを具備 した収音装置において、 前記マイクロフォンとして、 音圧により振動する振動板 と、 前記振動板に光ビームを照射する光源と、 前記振動板に照射された前記光ビ ームの反射光を受光し前記振動板の振動に対応する信号を出力する光検出器と、 前記光源に所定電流を供給するよう駆動する光源駆動回路とを具備する光マイク 口フォンを用い、 前記選択制御ュニッ卜から出力される選択された光マイクロフ オンからの音声信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰 還回路を介して前記音声信号をとり出すことを特徴とする。

また、 本発明の収音装置においては、 前記負帰還回路の負帰還量を可変させる ことが出来る。

さらに本発明の収音装置においては、 前記マイクロフォン選択制御ュニットは 、 前記複数のマイクロフォンを所定のタイミングで電気的に切り替えることが出 来る。 図面の簡単な説明

【図 1】

本発明の収音装置の一実施形態を示す回路図。

【図 2】

本発明に用いる光マイクロフォン素子の指向性パターンの変化を示す図。

【図 3】

本発明に用いる光マイクロフォン素子の構造を示す図。

【図 4】

本発明に用いる他の光マイクロフォン素子の構造を示す図。

【図 5】

本発明に用いる光マイクロフォン装置の概略構成を示す回路図。

【図 6】

図 4の光マイクロフォン素子の指向性パターンの変化図。

【図 7】

本発明に用いられる光マイクロフォン素子の指向特性パターン図。

【図 8】

従来の収音装置の概略構成を示す図。 発明を実施するための最良の形態

本発明による収音装置では、 マイクロフォンとして光マイクロフォンを用いて いる。 光マイクロフォンは微弱な音波の変動に追随でき、 使用環境に左右されな い高感度で高帯域のマイクロフォンとして注目されている。

本発明の収音装置の説明に先立ち光マイクロフォンについて説明する。 図 3は光マイクロフォン素子 5 0のへッド部の構造を示す図である。

マイクロフォンヘッド 1の内部には音波が当たることにより振動する振動板 2 が張設されており、 音波が当たる側の面 2 aは外部に露出されている。 従ってこ の面 2 aに音波 7が到達してこの振動板 2を振動させる。

また振動板 2の面 2 aとは反対の面 2 bに位置するへッド 1の内部には振動板 2の面 2 bに斜めから光ビームを照射する L E D等の光源 3と、 この光源 3から の光ビームを所定のビーム形とするするためのレンズ 4と、 ビーム面が面 2 で 反射された反射光を受光する光検出器 5と、 振動板 2の振動に伴う反射光の光路 の変位を拡大するためレンズ 6とが設けられている。 .

このようにして振動板 2の面 2 aに音波 7が当たつて振動板 2が振動すると、 光検出器 5に入射される反射光の受光面 5 aへの受光位置が変化する。

光検出器 5をポジションセンサとして構成しておけば、 反射光の照射位置から 振動板 2の振動に応じた電気信号が取り出される。 これが光マイクロフオンの基 本構造である。

しかし、 図 3に示す光マイクロフォンでは騒音低減効果はさほど期待できない すなわち振動板 2に到達する騒音によっても振動板 2は振動し、 これが雑音信 号として通常の音波 7による振動に重畳されてしまうからである。 この騒音の影 響を低減させ、 更に騒音低減効果を図った光マイクロフオンとして図 4に示すよ うな構造のものが知られている。 図 4に示す構造では音波 7によって振動する振動板 2をへッド 1のほぼ中央部 分に張設している。 そしてへッド 1の両側に振動板 2に対して互いに対称位置と なるように第 1開口部 1 5及び第 2開口部 1 6を設ける。

このように構成することにより音波はいずれの開口部からもへッド 1内に侵入 し振動板 2を振動させる。 図 4に示す光マイクロフォン素子 5 0において第 1開口部 1 5から侵入する音 波と第 2開口部 1 6から侵入する音波のそれぞれの振幅と位相とが等しい場合、 これらの 2つの音波は振動板 2の両面 2 a， 2 bにおいて互いに打ち消しあって 振動板 2を振動させることはない。 2つの受波感度の等しいマイクロフォン素子 を近接して配置し、 遠距離で発生した音波を受波した場合、 2つのマイクロフォ ン素子は到来音波を等しく検出することが知られている。

一般に、 音波はマイクロフォン素子から近距離だけ離れた人の口から発生する 、 即ち、 音声はこのマイクロフォン素子から近距離の所で発生する。 この近距離 の人の音声は円形曲線により示されるように球形場特性を有している。

これに対して遠距離で発生する、 例えば、 騒音音響による音波は平面場の特性 を有している。

球状波の音響強度はその球面又は包絡線に沿ってほぼ同一であって、 その球の 半径に沿って変化するが、 平面波の場合には音響強度は平面の全ての点でほぼ同 —となる。 従って、 図 4に示すような光マイクロフォン素子は 2つのマイクロフ オン素子を結合したものと考えることができるためこれが遠距離場に置かれた場 合には第 1開口部 1 5と第 2開口部 1 6とからほぼ同一の振幅と位相特性とを持 つた音波が振動板 2に到来することになり、 前述したように互いに打ち消しあつ てその影響は低減される。

一方、 近距離場からの音波は第 1開口部 1 5又は第 2開口部 1 6から不均一に 入射するため振動板 2を振動させ、 光検出器 5から信号として取り出される。 このようにして、 騒音の影響をより低減させることのできる光マイクロフォン 素子が図 4の構造により得られる。 図 7は図 3および図 4に示す光マイクロフォン素子の指向性パターンを示す図 である。

(A) は図 3に示す光マイクロフォン素子 5 0の指向性パターンを示したもの で、 開口部 （図の左側方向） に向かって振動板 2に垂直な方向に最大感度を有す るほぼ円形状の指向性パターンを有する。

( B ) は図 4に示す光マイクロフォン素子 5 0の指向性パターンで、 開口部 1 5及び 1 6の両方向に最大感度を有するほぼ 8の字状の指向性パターンを有する ここで図 3及び図 4に示す光マイクロフォン素子 5 0の指向性パターンを、 図 2または図 6に示すように最大感度を示す軸方向に伸長させ、 または軸に直交す る方向で絞り込むように変化させることができる。

このように指向性のパターンを変化させるためには、 光検出器 5からの検出出 力の一部を負帰還回路を用いて光源 3を駆動する光源駆動回路へネガティブフィ 一ドノ ック， （負帰還） させればよい。 図 5はビームパターンを図 2又は図 6のよ うに変化させるための帰還回路 1 0 0を用いた光マイクロフォン装置の概略構成 を示す図である。

光検出器 5からの出力はフィルタ回路 8を介して取り出され、 増幅器 9により 増幅されてマイク出力となる。 フィル夕回路 8は希望周波数範囲の信号成分のみ を取り出すために用いられる。

ここで、 図 5に示す光マイクロフォン装置では、 この光検出器 5から取り出さ れる出力信号の一部を負帰還 （ネガティブフィードバック ： N F B ) 回路 1 0 0 を介して、 光源 3に所定電流を供給してこの光源 3を駆動している光源駆動回路 1 3に負帰還信号として供給するように構成している。 負帰還回路 1 0 0は小信号増幅回路 1 0と、 その出力から希望周波数範囲の信 号成分のみを取り出すフィル夕回路 1 1と、 比較器 1 2とから構成される。 比較 器 1 2の非反転入力端子には基準電圧となる基準電源 1 4が接続される。

フィルタ回路 1 1を介して取り出された信号は比較器 1 2の反転入力端子に供給 される。 、

このように構成すると比較器 1 2はフィル夕回路 1 1の出力が大きいほど小さ な出力レベルを出力し、 これにより光源駆動回路 1 3は光源 3に供給する電流を 減らすように動作する。 ここで、 小信号増幅回路 1 0は入力信号レベルが所定レベル以下の場合のみそ の信号を増幅し、 あるレベル以上の信号は増幅しない。 従って入力信号レベルが あるレベル以上の場合には出力信号レベルは変化せず増幅度 （利得） は 0となる

。 また入力信号が所定の信号レベル以下の時には、 信号レベルが小さいほど増幅 度が大きくなるように増幅する。

更に、 入力信号に対する出力信号の増加率は入力信号レベルが小さいほど高く なる。 ここで光検出器 5からの出力は受波音量に比例しているため、 小信号増幅回路 1 0の出力は小音量ほど大きく増幅されて出力される。 この出力はフィルタ回路 1 1を介して比較器 1 2の反転入力端子に入力されているため、 比較器 1 2の出 力は逆に小音量ほどその出力レベルは低下する。

その結果、 光源 3に供給される電流は小音量ほど光源 3の光出力を低下させる ように動作する。 すなわち小音量ほどマイクロフォンの感度は低下することにな る。

また所定レベル以上の信号は増幅されないため、 その信号レベルでは光出力は 制限されない。 そのためマイクロフォンの感度も低下することはない。 振動板に直交する軸方向から来た音でマイクロフオンの感度低下が発生しない ような大きさの音に対して、 その音を軸方向からずらして行くと本来の指向性パ ターン曲線に沿って感度は徐々に低下していく。 そしてあるレベル以下になると 小信号増幅回路 1 0が増幅度を持つようになり、 光源駆動回路 1 3の供給電流制 御が働いて更にマイクロフォンの感度は低下する。

この結果、 負帰還回路 1 0 0を有する光マイクロフォン装置では図 2あるいは 図 6に示すように感度の指向性パターンよりも指向性ビームの幅がより絞られた パターンとなる。 図 2及び図 6は負帰還量を変化させたことによる指向性のパターン変化を示し ている。

(A) は負帰還をかけない場合の指向性パターンを示しており、 この場合には ほぼ円形の指向性パターンとなる。 次に、 負帰還をかけた場合の指向性パターン を （B ) および （C ) に示している。

( B ) の場合には負帰還量が小さく、 （C ) の場合には負帰還量が大きい。 こ のように小信号増幅回路 1 0の増幅度を可変することにより負帰還量を変化させ て感度の指向性パターンを最大感度の軸方向に伸長させ、 または軸に直交する方 向に絞り込むように変化させることができる。

このようにして光マイクロフォンの感度の指向特性を変化させることができる

本発明に係る収音装置ではこのような指向性のビームパターンを変化させるこ とのできる光マイクロフォンを用いて、 選択されたマイクロフォンの指向特性を 変化させるようにしている。

図 1は本発明に係る収音装置の一実施形態の回路図である。 図 3もしくは図 4 に示すような構造を有する光マイクロフォン素子 5 0 , , 5 0 ₂ , 5 0 ₃ , - 5 0 _N を所望に応じて円形もしくは平面状に配列する。 各光マイクロフォン素子か らの検出信号はそれぞれマイクロフォン選択制御ュニット 6 0に供給される。 またマイクロフォン素子 5 0を駆動する光源駆動回路 1 3は各光マイクロフォ ン素子内の図示しない光源 3に接続される。

選択制御ュニット 6 0から選択された信号が取り出され、 増幅器 9により音声 出力が取り出される。 選択制御ュニット 6 0からの出力信号の一部は負帰還回路 1 0 0を介して光源駆動回路 1 3にネガティブフィードバック （負帰還） される

ここで負帰還回路 1 0 0内の図示しない小信号増幅回路 1 0の増幅度を所定の 値に設定することにより負帰還量が定まり、 それに応じた指向性パターンを有し た光マイクロフォンが形成される。

なおマイクロフォン選択制御ュニット 6 0による選択に際しては、 電気的に各 マイクロフォン素子を切り替え、 特定の収音対象の方向にあるマイクロフオン素 子が選択された時にこの切り替えを自動的に停止するようにして選択を行えばよ い。

このように構成すると、 特定の収音対象の方向にあるマイクロフォンが選ばれ 、 このマイクロフォンに対しては所定の負帰還が負帰還回路 1 0 0によりかけら れるため、 マイク感度の指向性が絞られた状態となる。

従って特定の話者からの音のみが検出され、 周囲騒音の低減を図ることができ る。

なお図.1に示す実施の形態の回路では、 負帰還回路 1 0 0を 1つだけ用意し、 これを各マイクロフォン素子に共通に使用しているが、 本発明は必ずしもこれに 限定されるものではなく、 複数の負帰還回路を用意し用途に合わせて選択するよ うにすることもできる。

すなわち遠方からの音声をピックアップしょうとする場合には、 負帰還量の高 い負帰還回路を選択してビームを鋭くし、 近距離からの音波をピックアップしよ うとする時にはビーム幅を広くするように選択することもできる。

なお、 光マイクロフォン素子 5 0としては図 3に示すような一方向のみから音 波の入射するタイプのものだけでなく、 図 4に示すような両方向からの音波到来 ができるようなものいずれも使用することができる。 図 4に示すタイプの光マイ クロフォン素子を用いた場合、 周囲騒音の影響をより排除し優れた収音特性の収 音装置を実現することができる。 産業上の利用可能性

以上詳細に説明したように、 本発明ではマイクロフオンとして光マイクロフォ ンを用い、 選択された光マイクロフオンからの音声信号の一部を負帰還信号とし てこの光マイクロフォンを駆動する光源駆動回路に供給するようにしているため 、 指向性ビームの絞られたマイクロフォン特性を得ることができる。

従って、 選択された収音対象からの音波のみを周囲雑音の影響を排除して効果 的に取り出すことができるという利点がある。

Claims

請求の範囲

1. 複数のマイクロフォンを所定の形状に配列し、 選択されたマ ィクロフオンを収音対象の方向に指向させ、 前記収音対象が発する音を収音する 収音装置であって、

前記複数のマイクロフォンの少なくとも 1つを選択し、 選択したマイクロフォ ンを駆動し前記収音対象から収音した音声信号を抽出して出力するマイクロフォ ン選択制御ュニットを具備した収音装置において、

前記マイクロフォンとして、

音圧により振動する振動板と、 前記振動板に光ビームを照射する光源と、 前記 振動板に照射された前記光ビームの反射光を受光し前記振動板の振動に対応する 信号を出力する光検出器と、 前記光源に所定電流を供給するよう駆動する光源駆 動回路とを具備する光マイクロフオンを用い、

前記選択制御ュニッ卜から出力される選択された光マイクロフォンからの音声 信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰還回路を介して 前記音声信号をとり出すことを特徴とする収音装置。

2. 請求項 1に記載の収音装置において、

前記負帰還回路の負帰還量を可変させることを特徵とする収音装置。

3. 請求項 1又は 2に記載の収音装置において、

前記マイクロフォン選択制御ュニットは、 前記複数のマイクロフォンを所定の タイミングで電気的に切り替えることを特徵とする収音装置。