特許 6132910 マイクロホン装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6132910

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】マイクロホン装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20170515BHJP

   H04R 1/40 20060101ALI20170515BHJP

   H04R 1/02 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   H04R3/00 320

   H04R1/40 320A

   H04R1/02 106

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-522294(P2015-522294)

(86)(22)【出願日】2013年6月11日

(86)【国際出願番号】JP2013066105

(87)【国際公開番号】WO2014199446

(87)【国際公開日】20141218

【審査請求日】2015年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000223182

【氏名又は名称】ＴＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090310

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 正俊

(72)【発明者】

【氏名】久保田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】如南 友博

【審査官】 北原 昂

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−３５４２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９３８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２９４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６０７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０６９８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０９８０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５６５７３９３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ ３／００

Ｈ０４Ｒ １／０２

Ｈ０４Ｒ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ（ｎは３以上の整数）組のマイクロホンユニットからなり、１組目のマイクロホンユニットは、３本のマイクロホンを等間隔に一列に配置してなり、ｍ（１＜ｍ＜ｎの正の整数）組目のマイクロホンユニットは、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンを含み、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てて、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの一方の端のマイクロホンから、一方の端のマイクロホンを挟んで他方の端のマイクロホンとは反対側に位置するマイクロホンを含み、ｍ＋１番目のマイクロホンユニットは、ｍ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンを含み、ｍ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てて、ｍ番目のマイクロホンユニットの他方の端のマイクロホンから、他方の端のマイクロホンを挟んで一方の端のマイクロホンとは反対側に位置するマイクロホンを含むマイクロホンアレイと、
前記各マイクロホンユニットのマイクロホンが収集して発生した音声信号を合成して合成信号を出力させる合成手段と、
これら合成手段から出力された合成信号を再合成する再合成手段とを、
具備し、
ｎ＋１番目のマイクロホンユニットを構成するために、前記各マイクロホンのうちｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン以外のマイクロホンであって、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのいずれかまでの距離が、ｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンをｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとし、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのうち前記ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンへの距離がｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンを、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの端のマイクロホンとし、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンを挟んで、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの端のマイクロホンと反対側に、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央及び端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てた位置にｎ＋１番目のマイクロホンユニットの別の端のマイクロホンを配置し、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットのマイクロホンが収集して発生した音声信号を、新たな合成手段で合成し、前記再合成手段に供給するマイクロホン装置。

【請求項2】

請求項１記載のマイクロホン装置において、前記各マイクロホンは、ケースの内部にマイクロホンエレメントを有し、このエレメントがマイクロホン設置部上にほぼ接するように前記ケースがマイクロホン設置部に埋め込まれているマイクロホン装置。

【請求項3】

請求項１記載のマイクロホン装置において、前記各合成手段及び再合成手段が設けられた基板が、前記マイクロホンアレイに対して傾斜しているマイクロホン装置。

【請求項4】

請求項１記載のマイクロホン装置において、前記マイクロホンアレイは筐体内に配置され、前記マイクロホンアレイの両端の両外側に前記筐体の壁が位置し、これら壁が前記マイクロホンアレイに対して傾斜しているマイクロホン装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

日本国特許第３７３２０４１号公報及び日本国特許公開公報２０１３−９３８０７号は、この参照により本明細書の開示に含まれる。本発明は、複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイを使用したマイクロホン装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のマイクロホンをアレイ上に配置して成るマイクロホンアレイの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１の技術によれば、マイクロホンアレイでは、予め定めた距離Ｄだけ隔てて第１及び第２のマイクロホンが配置されている。第１及び第２のマイクロホン間において、第１及び第２のマイクロホンからＤ／２の位置に第３のマイクロホンが配置されている。第３のマイクロホンと第１のマイクロホン間において、第１及び第３のマイクロホンからＤ／４の位置に第４のマイクロホンが配置されている。第４及び第３のマイクロホン間において、第３及び第４のマイクロホンからＤ／８の位置に第５のマイクロホンが配置されている。第５及び第３のマイクロホンの桿において、第３及び第５のマイクロホンからＤ／１６の位置に第６のマイクロホンが配置されている。第６のマイクロホンと第３のマイクロホンとの間において、第３及び第６のマイクロホンからＤ／３２の位置に第７のマイクロホンが配置されている。第７及び第３のマイクロホンの間において、第３及び第６のマイクロホンからＤ／６４の位置に第８のマイクロホンが配置されている。

【0003】

これらマイクロホンユニットを構成するマイクロホンからの音声信号をビームフォーミングで処理している。即ち、第１乃至第３のマイクロホンによって第１のマイクロホンユニットが構成され、第１、第４、及び第３のマイクロホンで第２のマイクロホンユニットが構成され、第３乃至第５のマイクロホンで第３のマイクロホンユニットが構成され、第３、第５及び第６のマイクロホンで第４のマイクロホンユニットが構成され、第３、第６及び第７のマイクロホンで第５のマイクロホンユニットが構成され、第３、第７及び第８のマイクロホンユニットで、第６のマイクロホンユニットが構成されている。第１のマイクロホンユニットにおいて、第１及び第２のマイクロホンからの音声信号に係数０．５を乗算し、第３のマイクロホンからの音声信号に係数１を乗算し、係数が乗算された第１乃至第３のマイクロホンからの音声信号を合成手段で合成して合成信号を生成している。同様に第２乃至第６のマイクロホンユニットにおいても、各マイクロホンユニットを構成するマイクロホンのうち両端のマイクロホンからの音声信号に係数０．５を乗算し、中央のマイクロホンからの音声信号に係数１を乗算する処理が行われ、合成信号が生成される。これら合成信号を再合成することによって、マイクロホン装置に広い周波数帯に亘って鋭い指向性を持たせている。また、各マイクロホンの音声信号を遅延回路で遅延させて、ビームフォーミング部に供給してある。これは、話者と各マイクロホンとの間に距離差がある場合でも、最も遅れて音声信号が到達しているマイクロホンと同じだけの遅延を他のマイクロホンからの音声信号にも与えて、上記距離差の影響を除去している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】日本国特許公開公報２０１３−９３８０７号

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の技術によれば、８本のマイクロホンのうち、第４乃至第８のマイクロホンは、第１及び第３のマイクロホンの間に配置され、第２のマイクロホンのみが第１及び第３のマイクロホン間から離れて位置している。これにより、各マイクロホンユニットの集音の中心がばらついてしまい、結果的にマイクロホンアレイの前に立って話す話者の音の集音に偏りが生じる。より具体的には、第１のマイクロホンユニットの集音中心は中央に第３のマイクロホンの配置位置であり、第２のマイクロホンユニットの集音中心は第４のマイクロホンの配置位置であり、第３のマイクロホンユニットの集音中心は第５のマイクロホンの配置位置であり、第４のマイクロホンユニットの集音中心は第６のマイクロホンの配置位置であり、第５のマイクロホンユニットの集音中心は第７のマイクロホンの配置位置であり、そして第６のマイクロホンユニットの集音中心は第８のマイクロホンの配置位置である。そうすると、各マイクロホンユニットの集音中心は、マイクロホンアレイ全体の長さ方向に対して分散したものとなる。さらに、各マイクロホンユニットの集音中心は、マイクロホンアレイの長さ方向の中心位置（第３のマイクロホンの配置位置）から左側に偏った位置に点在することになる。各マイクロホンユニットは集音中心付近で最も効率よく集音できる特性を有していることから、例えば話者が第３乃至第４のマイクロホン間で話しているときには、話者の前に多くのマイクロホンユニットの集音中心が存在するので、集音が良好に行われるが、話者が第２及び第３のマイクロホン間で話している場合、良好に集音できない。遅延回路で各マイクロホンの音声信号に遅延を与えることにより指向方向を制御することはできるが、話者が第２及び第３のマイクロホン間で話をしている場合にのみ大きな遅延を与える必要があり、マイクロホンアレイ全体として集音特性に影響が出る。

【0006】

本発明は、マイクロホンアレイ装置において、各マイクロホンの集音中心が、マイクロホンアレイの長さ方向に対してなるべく分散しないようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様のマイクロホン装置は、マイクロホンアレイを有している。マイクロホンアレイは、ｎ（ｎは３以上の正の整数）組のマイクロホンユニットからなる。各マイクロホンユニットのうち、１組目のマイクロホンユニットは、３本のマイクロユニットを等間隔に一列に配置してなる。ｍ（１＜ｍ＜ｎの正の整数）組目のマイクロホンユニットは、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンを含み、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てて、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの一方の端のマイクロホンから、一方の端のマイクロホンを挟んで他方の端のマイクロホンとは反対側に位置するマイクロホンを含んでいる。ｍ＋１番目のマイクロホンユニットは、ｍ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンを含み、ｍ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てて、ｍ番目のマイクロホンユニットの他方の端のマイクロホンから、他方の端のマイクロホンを挟んで一方の端のマイクロホンとは反対側に位置するマイクロホンを含んでいる。前記各マイクロホンユニットのマイクロホンが収集して発生した音声信号を合成して合成手段が合成信号を出力させる。各マイクロホンユニットでは、そのマイクロホンユニットの両端のマイクロホンからの音声信号に所定の係数を乗算手段によって乗算し、中央のマイクロホンユニットの音声信号には、上記所定の係数よりも大きな係数、例えば所定の係数の２倍の係数を乗算手段で乗算し、これら乗算された音声信号を合成手段で合成することが望ましい。これら合成手段から出力された合成信号は、再合成手段で再合成する。なお、各マイクロホンの音声信号は、遅延手段で遅延した後に、各乗算手段に供給することも可能である。この場合、遅延手段の遅延量は、各マイクロホンが集音しようとする音源と前記各マイクロホンとの各距離差に基づいて各マイクロホンの音声信号に発生する遅延を一致させるように調整される。

【0008】

このように構成されたマイクロホン装置では、各マイクロホンユニットにおいて中央に位置するマイクロホンは、１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンの両側に交互に位置する。その結果、各マイクロホンは、特定の２つのマイクロホン間に集中して配置されることが無く、１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンの両側に配置され、結果的に各マイクロホンユニットの集音中心は１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンの配置位置付近に集約される。。

【0009】

更に、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットを構成するために、前記各マイクロホンのうちｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン以外のマイクロホンであって、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのいずれかまでの距離が、ｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンをｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとしている。この場合、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのうち前記ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンへの距離がｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンを、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの端のマイクロホンとする。ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンを挟んで、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの端のマイクロホンと反対側に、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央及び端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てた位置にｎ＋１番目のマイクロホンユニットの別の端のマイクロホンを配置する。ｎ＋１番目のマイクロホンユニットのマイクロホンが収集して発生した音声信号を、新たな合成手段で合成し、前記再合成手段に供給する。

【0010】

このように構成すると、ｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン以外のマイクロホンであって、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのいずれかまでの距離がｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンが、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである。従って、このマイクロホンが、最も外側に位置するｎ＋１組目のマイクロホンユニットの集音中心となる。また、他の組のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンも、ｎ＋１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンの付近にある。これにより、各組のマイクロホンユニットの集音中心がｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンの位置付近にまとまって集約される。さらに、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットを構成するために新たに追加されたｎ＋１番目のマイクロホンユニットの別の端のマイクロホンとｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとの距離は、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離よりも短い。従って、マイクロホンアレイの長さを短くすることができ、マイクロホン装置を小型化することができる。

【0011】

上記の態様のマイクロホン装置において、前記各マイクロホンは、ケースの内部にマイクロホンエレメントを有するものとすることができる。この場合、このエレメントがマイクロホン設置部上にほぼ接するように、前記ケースがマイクロホン設置部に埋め込まれている。例えばマイクロホンは、単一指向性のマイクロホンとすることができる。その場合、各マイクロホンは、その指向性を同一の方向に向けている。

【0012】

このように構成すると、例えば話者からの音声が各マイクロホンに斜め上方から入力されるが、マイクロホン設置板上で反射した不要な音声がマイクロホンエレメントに入射しにくくなり、音質低下を招きにくくなる。

【0013】

上記の態様において、前記各合成手段及び再合成手段が設けられた基板を、前記マイクロホンアレイに対して傾斜させることもできる。或いは、前記マイクロホンアレイを筐体内に配置させることもできる。この場合、前記マイクロホンアレイの両端の両外側に前記筐体の壁が位置し、これら壁が前記マイクロホンアレイに対して傾斜している。この場合も、各マイクロホンは、単一指向性のマイクロホンとすることができる。その場合、各マイクロホンは、指向性の方向を同一方向に向けている。

【0014】

これらのように構成すると、基板や筐体の壁で反射した反射音がマイクロホンに、マイクロホンの背面側から入射しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の１実施形態のマイクロホン装置のマイクアレイの部分省略平面図である。

【図2】図２は、本発明の１実施形態のマイクロホン装置の斜視図である。

【図3】図３は、図２のマイクロホン装置の縦断側面図である。

【図4】図４は、図２のマイクロホン装置のカバーを外した状態の部分省略正面図である。

【図5】図５は、図３の５−５線に沿う断面図である。

【図6】図６は、図２のマイクロホン装置のブロックダイアグラムである。

【図7】図７は、図６のビームフォーミング部の詳細なブロックダイアグラムである。

【図8】図２のマイクロホン装置の周波数特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の１態様のマイクロホン装置２は、図２に示すように演台４の天板６における話者が立つ側の長手縁側に取り付けられている。マイクロホン装置２は、筐体８を有している。筐体８は、上部が開口した細長い箱状のもので、その一方の長手縁を天板６の長手縁に沿わせて配置されている。筐体８の上部開口にはカバー１０が取り付けられている。図３及び図４に示すように、筐体８は、マイクロホン設置部、例えば長方形状の底壁１２を有している。

【0017】

この底壁１２のうち天板６と反対側の話者側にある他方の長手縁に沿って、複数、例えば８本の第１乃至第８のマイクロホン（ＭＩＣ）１４−１乃至１４−８が図１に示すように配置されて、マイクロホンアレイが構成されている。これら第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８は、例えば単一指向性のマイクロホンである。第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８は、それらの指向性の方向が底壁１２の長手縁に直交し、かつ話者の方向を向くように、配置されている。これら第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８は、図３に示すように例えば円筒状のケース１６を有し、このケース１６の一方の端が話者側を向くように配置され、この端には音声導入用の開口１８が形成されている。このケース１６の内部にマイクロホンエレメント２０が話者側を向いて配置されている。マイクロホンエレメント２０は、その中心が開口１８の中心と一致するようにケース１６内に配置されている。また、ケース１６の他方の端には、図３及び図５に示すように、複数、例えば４つの貫通孔２２が形成されている。

【0018】

第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８は、図３及び図４に示すように、開口１８が底壁１２の上面に接するようにケース１６が底壁１２に埋め込まれている。話者の頭部は、通常には、天板６よりも上方に位置するので、話者からの音声は、マイクロホン１４−１乃至１４−８に対して斜め上方から到来する。もし、開口１８が底壁１２の上面よりも上方に位置するようにケース１６を底壁１２に取り付けていた場合、話者の音声が直接に開口１８からマイクロホンエレメント２０に到達すると共に、底壁１２の上面で反射した音声も開口１８からマイクロホンエレメント２０に到達する。この場合、直接に到来した音声が、反射して到来した音声に干渉されて、音質の低下を招く虞がある。これを防止するために、上述したように開口１８を底壁１２の上面に接しさせている。これによって、図３に矢印ａで示すように底壁１２で反射した音声は開口１８からケース１２内に入りにくくなる。

【0019】

図１に示すように、第１のマイクロホン１４−１は、底壁１２の長さ方向のほぼ中央に配置されている。第２のマイクロホン１４−２は、第１のマイクロホン１４−１から予め定めた距離ｄだけ離れた位置に配置されている。第３のマイクロホン１４−３は、第２のマイクロホン１４−２を挟んで第１のマイクロホン１４−１と反対側に、上記距離ｄだけ離れて位置している。これら第１乃至第３のマイクロホン１４−１乃至１４−３によって第２のマイクロホン１４−２が中央に位置し、その両側に第１及び第３のマイクロホン１４−及び第３のマイクロホン１４−３が位置する１組目のマイクロホンユニットが構成されている。

【0020】

第１のマイクロホン１４−１と第３のマイクロホン１４−３とは、図１から明らかなように、距離２ｄだけ隔てて位置している。この距離２ｄだけ第３のマイクロホン１４−３から離れて、しかも第１のマイクロホン１４−１を挟んで第１のマイクロホン１４−１と反対側に第４のマイクロホン１４−４が配置されている。この第１、第３及び第４のマイクロホン１４−１、１４−３及び１４−４によって、第３のマイクロホン１４−３が中央に位置し、その両側に第１及び第４のマイクロホン１４−１及び１４−４が位置する２組目のマイクロホンユニットが構成されている。

【0021】

第４のマイクロホン１４−４と第１のマイクロホン１４−１とは、図１から明らかな用に距離４ｄだけ離れて位置している。この距離４ｄだけ第１のマイクロホン１４−１から離れて、しかも第１のマイクロホン１４−１を挟んで第４のマイクロホンと反対側に第５のマイクロホン１４−５が位置している。この第１、第４及び第５のマイクロホン１４−１、１４−４及び１４−５によって、第１のマイクロホン１４−１が中央に位置し、その両側に第４及び第５のマイクロホン１４−４及び１４−５が位置する３組目のマイクロホンユニットが構成されている。

【0022】

第５のマイクロホン１４−５と第４のマイクロホン１４−４とは、図１から明らかなように距離８ｄだけ隔てて位置している。この距離８ｄだけ第４のマイクロホン１４−４から離れて、しかも第４のマイクロホン１４−４を挟んで第５のマイクロホン１４−５と反対側に第６のマイクロホン１４−６が配置されている。これら第４、第５及び第６のマイクロホン１４−４、１４−５及び１４−６によって、第４のマイクロホン１４−４が中央に位置し、その両側に第５及び第６のマイクロホン１４−５及び１４−６が位置する４組目のマイクロホンユニットが構成されている。

【0023】

第５のマイクロホン１４−５と第６のマイクロホン１６との間の距離は、図１から明らかなように距離１６ｄだけ隔てて位置している。この距離１６ｄだけ離れて第５のマイクロホン１４−５から離れて、第５のマイクロホン１４−５を挟んで第６のマイクロホン１４−６と反対側に第７のマイクロホン１４−７が配置されている。これら第５、第６及び第７のマイクロホン１４−５、１４−６及び１４−７によって、第５のマイクロホン１４−５が中央に位置し、その両側に第６及び第７のマイクロホン１４−６及び１４−７が位置する５組目のマイクロホンユニットが構成されている。

【0024】

これら１組目乃至５組目までのマイクロホンユニットでは、図１から明らかなように１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第２のマイクロホン１４−２の一方の側、図１では右側に、第２組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第３のマイクロホン１４−３が位置し、１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第２のマイクロホン１４−２の他方の側、図１では左側に、３組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第１のマイクロホン１４−１が位置している。４組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第４のマイクロホン１４−４は、１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第２のマイクロホン１４−２の右側で、しかも２組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第３のマイクロホン１４−３よりも外側に位置している。また、５組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第５のマイクロホン１４−５は、１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第２のマイクロホン１４−２の左側に位置し、しかも３組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンである第１のマイクロホン１４−１よりも左側に位置している。このように２組目以降のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンは、１組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンの両側に、交互に位置している。

【0025】

例えば日本国特許公開公報２０１３−９３８０７号公報や日本特許第３７３２０４１号に開示されているマイクロホンの配置方法を使用して７本のマイクロホンを配置した場合、図１における第３のマイクロホン１４−３に相当するマイクロホンと、第７のマイクロホン１４−７に相当するマイクロホンの間に、残りの５本のマイクロホンが配置され、第３のマイクロホン１４−３に相当するマイクロホンの図１における右側には全くマイクロホンが配置されない。図１のマイクロホンアレイでは、第３のマイクロホン１４−３の図１における右側にも第４のマイクロホン１４−４及び第６のマイクロホン１４−６が配置されている。

【0026】

２組目乃至５組目のマイクロホンユニットの各マイクロホンの配置を一般化して言えば、合計でｎ組（この実施形態では５組）のマイクロホンユニットにおいて、ｍ（１＜ｍ＜ｎ）組目のマイクロホンユニットは、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンを含み、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てて、ｍ−１番目のマイクロホンユニットの一方の端のマイクロホンから、一方の端のマイクロホンを挟んで他方の端のマイクロホンとは反対側に位置するマイクロホンを含んでいる。ｍ＋１番目のマイクロホンユニットは、ｍ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンを含み、ｍ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てて、ｍ番目のマイクロホンユニットの他方の端のマイクロホンから、他方の端のマイクロホンを挟んで一方の端のマイクロホンとは反対側に位置するマイクロホンを含んでいる。なお、全てのマイクロホンユニットの数は５に限らず、３以上であれば任意の正の整数とすることができ、その場合、ｍは（１＜ｍ＜ｎの正の整数）となる。また、図１では、上記一方の側は第２のマイクロホン１４−２の右側で、上記他方の側は第２のマイクロホン１４−２の左側であるが、逆に上記一方の側を第２のマイクロホン１４−２の左側とし、他方の側を第２のマイクロホン１４−２の右側とすることもできる。

【0027】

この実施形態では、６組目のマイクロホンユニットも設けられている。２乃至５組目のマイクロホンユニットと同様に６組目のマイクロホンユニットを構成するなら、第７のマイクロホン１４−７と第６のマイクロホン１４−６との距離３２ｄだけ、第６のマイクロホン１４−６から離れて、しかも第６のマイクロホン１４−６を挟んで第７のマイクロホン１４−７と反対側に第８のマイクロホン１４−８を配置することになる。こうすると６組目のマイクロホンユニットは第７のマイクロホン１４−７、第６のマイクロホン１４−６、及び第８のマイクロホン１４−８から構成されることになる。しかし、このように配置すると、１組目乃至６組目のマイクロホンユニットの集音中心がマイクロホンアレイの長さ方向の中心から一方（図１では左側）に偏ったものとなってしまう。すなわち、このような配置では、最も外側に位置する６組目のマイクロホンユニットを構成するマイクロホンのうち中央に位置する第６のマイクロホン１４−６の位置が、マイクロホンアレイの長さ方向の中心位置となる。そうすると、マイクロホンアレイの長さ方向の中心位置から一方（図１では左側）に１組乃至５組のマイクロホンユニットの集音中心が偏ってしまう。

【0028】

そこで、今までに形成した第１乃至第５のマイクロホンユニットのうち直近のマイクロホンユニットである第５のマイクロホンユニットを除いた第１乃至第４のマイクロホンユニットに使用したマイクロホンである第５のマイクロホン１４−５、第１のマイクロホン１４−１、第２のマイクロホン１４−２、第３のマイクロホン１４−３、第４のマイクロホン１４−４であって、第７のマイクロホン１４−７とマイクロホンユニットを構成していないマイクロホン、即ち第１のマイクロホン１４−１、第２のマイクロホン１４−２、第３のマイクロホン１４−３または第４のマイクロホン１４−４のうちいずれかであって、第５のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンである第６及び第７のマイクロホン１４−６、１４−７までの距離が、第５のマイクロホンユニットの第５、第６及び第７のマイクロホン１１４−５、１４−６及び１４−７間の距離１６ｄよりも長いマイクロホン、例えば第３のマイクロホン１４−３を、６組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとして、第３のマイクロホン１４−３と第７のマイクロホン１４−７との間の距離２２ｄだけ、第３のマイクロホン１４から隔てて、しかも第３のマイクロホン１４−３を挟んで、第７のマイクロホン１４−７と反対側に第８のマイクロホン１４−８を配置してある。

【0029】

このように配置すると、第７のマイクロホン１４−７と第８のマイクロホン１４−８との距離は４４ｄとなり、上記の距離６４ｄよりも短くなり、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８からなるマイクロホンアレイを小型化することができるとともに、各マイクロホンユニットの集音位置をマイクロホンアレイの長さ方向の中心付近に集約することができる。すなわち、このような配置によって、最も外側に位置する６組目のマイクロホンユニットの集音中心が第３のマイクロホン１４−３の位置となり、これによりマイクロホンアレイ全体の中心位置が第３のマイクロホン１４−３の位置となる。この結果、図１に太字で示すように、１組目のマイクロホンユニットの集音中心（第２のマイクロホン１４−２の位置）、２組目のマイクロホンユニットの集音中心（第３のマイクロホン１４−３の位置）、３組目のマイクロホンユニットの集音中心（第１のマイクロホン１４−１の位置）、４組目のマイクロホンユニットの集音中心（第４のマイクロホン１４−４の位置）、５組目のマイクロホンユニットの集音中心（第５のマイクロホン１４−５の位置）、及び６組目のマイクロホンユニットの集音中心（第３のマイクロホン１４−３の位置）が全て、マイクロホンアレイの全体の中心位置（第３のマイクロホン１４−３の位置）付近にまとまって集約される。

【0030】

なお、この実施形態よりもマイクロホンアレイをさらに小型化したい場合には、第１または第２のマイクロホン１４−１または１４−２を６組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとすればよい。また、この実施形態のマイクロホンアレイよりも大きくしてもよい場合には、第４のマイクロホン１４−４を６組目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとすればよい。

【0031】

６組目のマイクロホンユニットの構成を一般化して言えば、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットを構成するために、前記各マイクロホンのうちｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン以外のマイクロホンであって、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのいずれかまでの距離が、ｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンをｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンとし、ｎ番目のマイクロホンユニットの両端のマイクロホンのうち前記ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンへの距離がｎ番目のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離よりも長いマイクロホンを、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの端のマイクロホンとし、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央のマイクロホンを挟んで、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの端のマイクロホンと反対側に、ｎ＋１番目のマイクロホンユニットの中央及び端のマイクロホン間の距離にほぼ等しい距離だけ隔てた位置にｎ＋１番目のマイクロホンユニットの別の端のマイクロホンが配置されている。

【0032】

第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８は、話者の音声に対応する音声信号を発生するが、これら音声信号は、図６に示すように、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８に対応して設けた可変遅延手段、例えば可変遅延回路２４−１乃至２４−８を介して指向性調整手段、例えばビームフォーミング部２６に供給される。可変遅延回路２４−１乃至２４−８の機能については、後述する。以下のビームフォーミング２６についての説明では、可変遅延回路２４−１乃至２４−８については無視する。

【0033】

ビームフォーミング部２６では、マイクロホンユニットごとに、そのマイクロホンユニットを構成するマイクロホンからの音声信号の処理が行われている。即ち、マイクロホンユニットを構成する３本のマイクロホンのうち両側に位置する２本のマイクロホンからの音声信号は、所定の係数、例えば０．５が乗算手段、例えば増幅器によって乗算、例えば増幅される。中央に位置するマイクロホンからの音声信号には、前記所定の係数よりも大きい係数、例えば２倍である１が乗算手段、例えば増幅器によって乗算、例えば増幅される。これら乗算、例えば増幅された各音声信号は、合成手段、例えば加算器によって合成、例えば加算される。これによって、例えば日本国特許第３７３２０４１号公報に開示されているようにマイクロホンユニットを構成しているマイクロホン間の距離によって決まる周波数において指向性が鋭くなる。

【0034】

例えば１組目のマイクロホンアレイでは、両側にあるマイクロホン１４−１及び１４−３からの音声信号は、利得が０．５に調整された増幅器２８−１及び２８−２によってそれぞれ増幅される。１組目のマイクロホンアレイの中央にあるマイクロホン１４−２の音声信号は、利得が１に調整された増幅器２８−３によって増幅される。これら増幅器２８−１乃至２８−３の出力信号は、加算器３０−１によって加算される。これによって、加算器３０−１の出力信号は、第１のマイクロホンユニットのマイクロホン間の距離ｄによって決まる周波数ｆ１において鋭い指向性を示す。

【0035】

同様に２組目のマイクロホンユニットでも、両側のマイクロホン１４−１及び１４−４からの音声信号が、増幅器２８−１及び増幅器２８−２と同一の増幅器２８−２１及び２８−２２によって増幅され、中央のマイクロホン１４−４からの音声信号が、増幅器２８−２３と同一構成の増幅器２８−５によって増幅されて、加算器３０−２によって加算される。これによって加算器３０−２の出力信号は、第２のマイクロホン間の距離２ｄによって決まる周波数ｆ２（ｆ１＞ｆ２）において鋭い指向性を示す。以下、同様に第３乃至第６のマイクロホンユニットの音声信号は、増幅器２８−３１、２８−３２、２８−３３、２８−４１、２８−４２、２８−４３、２８−５１、２８−５２、２８−５３、２８−６１、２８−６２及び２８−６３並びに加算器３０−３乃至３０−６によって処理される。３組目乃至６組目のマイクロホンユニットに対応する加算器３０−３乃至３０−６の出力信号は、距離３ｄ、４ｄ、８ｄ、１６ｄ及び２２ｄによって決まる周波数ｆ３乃至ｆ６（ｆ３＞ｆ４＞ｆ５＞ｆ６）においてそれぞれ鋭い指向性を示す。

【0036】

また、６組目のマイクロホンユニットの両側のマイクロホン１４−７及び１４−８の音声信号は、所定の係数、例えば１が乗算手段、例えば増幅器２８−７１及び２８−７２によって乗算、例えば増幅され、これら増幅器２８−７１及び２７−７２の出力信号は合成手段、例えば加算器３０−７によって合成、例えば加算される。これによって、上記例えば日本国特許第３７３２０４１号公報に開示されているように、加算器３０−７の出力信号は、第７及び第８のマイクロホン１４−７及び１４−８間の距離４４ｄによって決まる周波数ｆ７（ｆ６＞ｆ７）において鋭い指向性を示す。

【0037】

加算器３０−１の出力信号は抽出手段、例えばハイパスフィルタ（HＰＦ）３０−１に供給される。ハイパスフィルタ３０−１は、上記周波数ｆ１よりも低く定めた周波数を遮断周波数とし、この遮断周波数よりも高い周波数成分を、加算器３０−１の出力信号から抽出する。加算器３０−２の出力信号は抽出手段、例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３０−２に供給される。バンドパスフィルタ３０−２は、周波数ｆ２よりも高い周波数、例えばハイパスフィルタ３０−１の遮断周波数を上限周波数とし、周波数ｆ２と周波数ｆ３との間の所定周波数を下限周波数とする帯域成分を、加算器３０−２の出力信号から抽出する。

【0038】

以下、同様に加算器３０−３乃至３０−６の出力信号は、抽出手段、例えばバンドパスフィルタ３０−３乃至３０−６にそれぞれ供給されている。バンドパスフィルタ３０−３は、周波数ｆ３よりも高い周波数、例えばバンドパスフィルタ３０−２の下限周波数を上限周波数とし、周波数ｆ３と周波数ｆ４との間の所定の周波数を下限周波数とする通過帯域を有している。バンドパスフィルタ３０−４は、周波数ｆ４よりも高い周波数、例えばバンドパスフィルタ３０−３の下限周波数を上限周波数とし、周波数ｆ４と周波数ｆ５との間の所定の周波数を下限周波数とする通過帯域を有している。バンドパスフィルタ３０−５は、周波数ｆ５よりも高い周波数、例えばバンドパスフィルタ３０−４の下限周波数を上限周波数とし、周波数ｆ５と周波数ｆ６との間の所定の周波数を下限周波数とする通過帯域を有している。バンドパスフィルタ３２−６は、周波数ｆ６よりも高い周波数、例えばバンドパスフィルタ３０−５の下限周波数を上限周波数とし、周波数ｆ６よりも低い周波数を下限周波数とする通過帯域を有している。

【0039】

また、加算器３０−７の出力信号は、抽出手段、例えばローパスフィルタ３２−７に供給されている。ローパスフィルタ３２−７は、周波数ｆ７よりも高い周波数、例えばバンドパスフィルタ３２−６の下限周波数を遮断周波数とする通過帯域を有している。

【0040】

これらハイパスフィルタ３２−１、バンドパスフィルタ３２−２乃至３２−６及びローパスフィルタ３２−７を通過した加算器３０−１乃至３０−７の出力信号は、再合成手段、例えば加算器３４によって、再合成、例えば加算される。加算器３４の出力信号の周波数特性を図８に示す。図８から明らかなように加算器３４の出力信号は広い周波数帯域を有している。しかも、上述したように周波数ｆ１乃至ｆ７において鋭い指向性を有している。

【0041】

図６に示すように、加算器３４の出力信号、即ちビームフォーミング部２６の出力信号は、増幅手段、例えば電力増幅器３６によって電力増幅されて、拡声手段、例えばスピーカ３８に供給される。その結果、話者の音声が聴衆に向かって拡声される。

【0042】

上述したビームフォーミング部２６の説明では、可変遅延回路２４−１乃至２４−８について無視した。即ち、話者から第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８までの各距離差を無視できるほどに、話者が第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８からかなり離れて、話者がスピーチをしている場合を前提としている。しかし、実際には図２に示すように、このマイクロホン装置２は演台４の天板６に設置され、話者は演台４の近傍でスピーチするのが一般的である。従って、話者と第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８との間には、それぞれ距離差が発生し、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８に同じ音声が到達するのに時間差が生じる。そのため、ビームフォーミング部２６から出力される再合成信号の音質が本来の音質と異なったものとなることがある。

【0043】

この点を改善するために、この実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８の音声信号を可変遅延回路２４−１乃至２４−８にそれぞれ供給し、最も遅れて音声信号が到達しているマイクロホンと同じ遅延を、他のマイクロホンからの音声信号に与えて、ビームフォーミング部２６に供給している。即ち、ビームフォーミング部２６には、第１乃至第８のマイクロホンの音声信号は、全て同相とされて供給されている。これによって、フェーズドアレイアンテナの原理によって、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８の合成指向性を考えた場合、その合成指向性の方向が話者の方向を向く。

【0044】

各可変遅延回路２４−１乃至２４−８それぞれでの遅延量を決定し、決定された遅延量を各可変遅延回路２４−１乃至２４−８に設定するために、まず話者の位置を推定し、その推定位置から第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８までの距離を決定する必要がある。また、話者はスピーチをしている間に移動することもあるし、スピーチ中に顔を演台が置かれている舞台の中央から舞台の上手または下手側に振ることもある。このような場合には、話者と第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８までの各距離は変化する。このように距離が変化した場合、その新たな距離に応じて各可変遅延回路２４−１乃至２４−８の遅延量を変化させる必要がある。

【0045】

そのため、この実施形態では、遅延量設定手段、例えば話者位置推定部４０が設けられている。この話者位置推定部４０には、例えば第３、第７及び第８のマイクロホン１４−３、１４−７及び１４−８の音声信号が供給されている。話者位置推定部４０は、日本国特許公開公報２０１３−９３８０７号公報に開示されている音源位置推定部と同一であるので、その構成及び動作の詳細な説明は省略する。

【0046】

これら可変遅延回路２４−１乃至２４−８、話者位置推定部４０及びビームフォーミング部２６は、例えば図３及び図４に示すように例えば長方形状の基板４２上に構成されている。この基板４２は、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８の背後に位置するように底壁１２上に配置されている。特に、基板４２は、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８と反対方向に斜め上方を向いて傾斜して底壁１２上に配置されている。即ち、図３に示すように基板４２の一方の長辺が底壁１２上に位置し、他方の長辺は、第１乃至第８のマイクロホンとは反対側に位置する筐体８の背面壁４４の上部に接触して位置し、底壁１２に対して鋭角をなしている。

【0047】

このように基板４２を配置しているのは、次の理由による。基板４２の主表面が底壁１２上に接触するように、即ち水平に配置したなら、上述したように、話者の頭は天板６の上方にあるので、話者の音声が斜め上方から第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８に向かうが、このとき、水平に配置された基板上で音声が反射し、反射した音声が第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８に向かうことがある。上述したようにマイクロホン１４−１乃至１４−８のケース１６の端面に形成した貫通孔２２が形成されているので、反射した音声が、これら貫通孔２２からケース１６内に入り、ケース１６内のマイクロホンエレメント２０によって集音される可能性がある。この場合、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８の単一指向性が損なわれる。

【0048】

そこで、この実施形態では、基板４２を図３に示すように背面壁４４側を向くように傾斜させてある。その結果、傾斜した基板４２で反射された音声は、図３に矢印ｂで示すように第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８側には向かわない。従って、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８の単一指向性を維持することができる。

【0049】

また、同様な理由によって、図５に示すように、筐体８の両側壁４６の内面、即ち第１乃至第８のマイクロホン１４−１及び１４−８側にある面も、底壁１２から筐体８の外方に斜め上方を向くように底壁１２に対して鋭角をなすように傾斜させてある。これによって、側壁４６の内面４６ａに向かって斜め上方から到来し、内面４６ａで反射された音声は矢印ｃで示すように、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８側に向かい難くできる。

【0050】

上記の実施形態では、底壁１２上に直接に第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８を配置したが、底壁１２の上面に別個に配置したマイクロホン設置部に第１乃至第８のマイクロホンを設置することもできる。上記の実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８の合計８本のマイクロホンを使用したが、マイクロホンの本数は増減可能で、３以上のマイクロホンユニットを構成することができる本数以上、例えば５本以上であれば任意の本数のマイクロホンを使用することができる。上記の実施形態では、第８のマイクロホン１４−１を設けたが、例えばマイクロホンアレイをさらに小型化したいような場合には、第８のマイクロホン１４−８を省略することもできる。

【0051】

上記の実施形態では、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８のアナログの音声信号を、そのまま可変遅延回路２４−１乃至２４−８に供給するように構成したので、可変遅延回路２４−１乃至２４−８、ビームフォーミング部２６及び話者位置推定部４０はアナログ処理回路によって構成したが、第１乃至第８のマイクロホン１４−１乃至１４−８のアナログ音声信号をデジタル化することも可能である。その場合、可変遅延回路２４−１乃至２４−８及びビームフォーミング部２６及び話者位置推定部４０は、デジタル回路によって構成される。また、各可変遅延回路２４−１乃至２４−８は、場合によっては除去することもできる。その場合、話者位置推定部４０も除去される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】