JP2569621B2 - マイクロホン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば会議での発言を収録する場合に用
いて好適なマイクロホン装置に関するもので、特に、雑
音の除去に係わる。

〔発明の概要〕

この発明は、例えば会議での発言を収録する場合に用
いて好適なマイクロホン装置において、雑音発生源と略
々同一の高さに第１のマイクロホンを配し、第１のマイ
クロホンの上方に第２のマイクロホンを配し、第１のマ
イクロホンからの信号と第２のマイクロホンからの信号
との差信号をとることにより、資料書類を捌く音や、机
を叩く音や、コーヒーカップから発せられる音等の不要
な雑音を除去できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

会議での発言を残しておくために、会議場に小型のテ
ープレコーダを持ち込み、会議での発言をテープレコー
ダで収録することが行われている。このようにして会議
での発言を収録したテープを再生してみると、人間の声
以外に、資料書類を捌く音や、机をたたく音、コーヒー
カップから発せられる音等、不要な雑音が実際に人間が
耳で聞く以上に強いレベルで再生されることが良くあ
る。

すなわち、会議での発言を収録する場合、通常マイク
ロホンが会議テーブル上に置かれる。会議では、資料書
類を捌く音や、机をたたく音、コーヒーカップから発せ
られる音等がマイクロホンが置かれている会議テーブル
近くで発生される。このように、会議テーブル近くから
発生される資料書類を捌く音や、机をたたく音、コーヒ
ーカップから発せられる音等の雑音が会議での発言を収
録する際、会議テーブル上のマイクロホンで収音され、
強いレベルで混入されて記録される。また、実際の耳で
は、眼からの映像情報をとらえ、頭脳による音声処理が
行われるため、結果的に雑音を効果的に低減していると
いえる。

このように、会議での発言を収録すると、人間の声以
外の雑音が強いレベルで混入される。このため、再生時
に、不要な雑音が強いレベルで再生され、耳障りであ
る。また、このような雑音により音声が掻き消されてし
まい、発言が明瞭に聞きとれないことがある。

したがって、会議での発言をテープレコーダで収録す
る場合には、人間の声以外の不要な雑音を除去できるこ
とが望まれる。

会議での発言をテープレコーダに収録する際に、不要
な雑音を除去するための方法としては、大別して２つの
方法が考えられる。１つの方法は、人間の声の信号とそ
れ以外の雑音信号との統計的な性質を利用するものであ
る。この方法は、信号処理過程において、人間の声とそ
れ以外の雑音とを分離しようとするものである。すなわ
ち、人間の声の信号波形のエンベロープや、周波数帯
域、スペクトルパターンには、特徴がある。この特徴を
利用して、人間の声とそれ以外の雑音とを分離しようと
するものである。

他の１つの方法は、人間の声とそれ以外の雑音との到
来方向の違いを利用するものである。すなわち、会議で
の発言を収録する場合には、人間の声は会議の出席者の
口元から発生される。この会議の出席者の口元から発生
された音だけを収音できるようにするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、人間の声の信号とそれ以外の雑音信号との
統計的な性質を利用した方法では、人間の声とそれ以外
の雑音とを完全に分離することは難しい。

つまり、信号波形のエンベロープについては、人間の
声の信号のエンベロープが比較的なだらかなのに対し
て、机をたたく音やコーヒーカップから発生される雑音
等の信号のエンベロープは急峻なものを含んでいる。周
波数帯域については、人間の声の信号が周波数800Hz以
下の帯域内がほとんどなのに対して、それ以外の雑音は
広い帯域にある。そこで、エンベロープのなだらかな信
号だけを通過させたり、周波数800Hz以内の信号だけを
通過させ、人間の声以外の雑音を除去することが考えら
れる。しかしながら、雑音のなかには、人間の声の信号
に近いエンベロープを示すものや、周波数800Hz以内の
成分のものもあるため、信号波形のエンベロープや周波
数帯域により、人間の声の信号とそれ以外の雑音成分を
完全に分離することは困難である。

また、予め会議の出席者の個々の声のスペクトルパタ
ーンを記憶させておき、信号が入力されたら、スペクト
ルパターンの特徴から、入力された信号が予め記憶され
ている会議の出席者の声かどうかを判断し、出席者の声
であると判断された場合だけ信号を記録するようにする
ことが考えられる。しかしながら、このようにすると、
装置が複雑になり、高価になると共に、記録を行う前に
予め会議の出席者の声を登録する必要がある。また、こ
のようにしても、発言中に発生した雑音には対応できな
い。

人間の声とそれ以外の雑音との到来方向の違いを利用
する方法を用いたものとしては、超指向性のマイクロホ
ンを会議の出席者の口元に夫々向けておき、出席者の発
言だけを収録できるようにすることが考えられる。しか
しながら、そのためには、多数のマイクロホンを用意す
る必要があり、手軽に収録が行えない。また、マイクロ
ホンアレーを設置し、会議の出席者の口元から発せられ
る音声だけを収録できるようにすることも考えられる
が、マイクロホンアレーの設置は簡単には行えない。ま
た、会議の出席者は移動したり、顔を動かしたりするこ
とが多いため、マイクロホンの位置が出席者の口元に向
かなくなり、発言が明瞭に収録されなくなる可能性があ
る。

したがってこの発明の目的は、例えば会議での発言を
収録する場合に、人間の声以外の不要な雑音が除去で
き、然も、構成が簡単で安価なマイクロホン装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、雑音発生源と略々同一の高さに配される
第１のマイクロホンユニットM1と、第１のマイクロホン
よりも上方に配される第２のマイクロホンユニットM2
と、第１のマイクロホンからの信号と第２のマイクロホ
ンからの信号の差信号をとるための手段15とが設けられ
ることを特徴とするマイクロホン装置である。

〔作用〕

資料書類５を捌く音や、コーヒーカップ６をたたく音
等の雑音は、会議テーブル１のテーブル面に対して仰角
の小さい位置から発生される。これに対して、出席者３
の口元４から発せられた声は、テーブル面に対して仰角
の大きい位置から発せられる。

したがって、マイクロホンの特性を、テーブル面に対
して所定の仰角以上にある音源に対して高感度となり、
所定の仰角以下にある音源に対しては低感度になるよう
にすれば、出席者３の口元４から発せられた声だけが高
感度で入射され、それ以外の雑音を抑圧できる。

このような指向特性は、会議テーブル１上にマイクロ
ホンユニットM1を配し、マイクロホンユニットM1の上方
にマイクロホンユニットM2を配しマイクロホンユニット
M1の出力とマイクロホンユニットM2の出力との差信号と
を得ることにより実現できる。

〔実施例〕

この発明の実施例について、以下の順序に従って説明
する。

a.基本原理 b.一実施例の構成 c.両指向性マイクロホンの原理及びその特性 d.一実施例の原理及びその特性 e.他の実施例 f.単一指向性マイクロホンで構成した場合の特性 a.基本原理 会議での発言を収録する場合、第２図に示すように、
会議テーブル１上にマイクロホン２が置かれる。そし
て、会議の出席者３の口元４から発せられた声がマイク
ロホン２で収音され、テープレコーダ（図示せず）で記
録される。この時、資料書類５を捌く音や、会議テーブ
ル１をたたく音や、コーヒーカップ６から発せられる音
等の不要な雑音が生じることがある。

会議の出席者３の口元４は、会議テーブル１の上方に
ある。したがって、出席者３の口元４から発せられた声
は、矢印Ｐで示すように、会議テーブル１の上方から、
会議テーブル１上のマイクロホン２に収音される。これ
に対して、書類５や、コーヒーカップ６は、会議テーブ
ル１上にある。したがって、不要な雑音は矢印Ｑで示す
ように、会議テーブル１と略々同じ高さから、会議テー
ブル１に沿って進み、マイクロホン２に収音される。

このことから、マイクロホン２の指向特性を、第３図
に示すように、球状、或いは、球状に準じた特性とすれ
ば、不要な雑音を除去でき、会議の出席者３の口元４か
ら発せられた声だけを収音できる。

つまり、マイクロホン２の指向特性を第３図に示すよ
うにすると、会議テーブル１のテーブル面に対して所定
の仰角以上にある音源G1から入射された音に対しては高
感度になる。これに対して、会議テーブル１のテーブル
面に対して仰角が小さい所にある音源G2から入射された
音に対しては低感度である。会議の出席者３の口元４
は、会議テーブル１の上方にあるので、会議テーブル１
のテーブル面に対する出席者３の発言の音源である口元
４の仰角は大きい。これに対して、書類５や、コーヒー
カップ６は会議テーブル１上にあるので、会議テーブル
１のテーブル面に対するこれら雑音の発生源の仰角は小
さい。したがって、マイクロホン２の指向特性を第３図
に示すようにすれば、出席者３の口元４から発せられた
声が高感度で入射され、それ以外の雑音は抑圧できる。

マイクロホン２にこのような指向特性を持たせれば、
不要な雑音を除去できる。このような指向特性を得るた
めに、マイクロホンアレーを構成することも考えられる
が、このようにすると多数のマイクロホンが必要にな
る。そこでこの発明の一実施例では、第１図に示すよう
に、２つのマイクロホンユニットM1及びM2を所定間隔だ
け離間して配置し、このような指向特性を得るようにし
ている。

b.一実施例の構成 第１図はこの発明の一実施例を示し、第１図におい
て、会議テーブル１上にマイクロホンユニットM1が配置
され、マイクロホンユニットM1の上方に所定距離だけ離
して、マイクロホンユニットM2が配置される。マイクロ
ホンユニットM1及びM2は無指向性マイクロホンである。
マイクロホンユニットM1の出力がアンプ11に供給され
る。マイクロホンユニットM2の出力がアンプ12に供給さ
れる。アンプ11の出力がフェーズシフタ13、ゲインコン
トロール回路14を介して減算回路15に供給される。アン
プ12の出力が減算回路15に供給される。減算回路15の出
力が出力端子16から取り出される。

会議デーブル１上に置かれたマイクロホンユニットM1
の出力は、フェーズシフタ13で遅延され、ゲインコント
ール回路14で減衰される。そして、所定量遅延され、減
衰されたマイクロホンユニットM1の出力と、マイクロホ
ンユニットM2の出力とが減算回路15で減算される。

上述のように構成することで、第３図に示したような
指向特性が得られることについて説明する。

c.両指向性マイクロホンの原理及びその特性 この第３図に示す指向特性は、両指向性の特性パター
ンを指向方向に垂直な中心軸で半分にした特性である。
両指向特性を有するマイクロホンは、第４図に示すよう
に、無指向性のマイクロホンユニットM3とM4とを、所定
距離だけ離して配置することにより実現できる。すなわ
ち、マイクロホンユニットM3の出力信号とマイクロホン
ユニットM4の出力信号との差信号は、 に比例する。但し、ｄ＝マイクロホンユニットM1,M2間
の距離、θ＝入射角、ｆ＝周波数である。kd≪１の条件
で、両指向特性が得られることがわかる。

第５図は、このように、マイクロホンユニットM3及び
M4を配置し、マイクロホンユニットM3及びM4の差信号を
得るようにマイクロホンを構成した場合の指向特性パタ
ーンを示すものである。この指向特性パターンは、以下
の条件で得られたものである。

周波数:5000Hz,距離50cm, マイクロホンユニットM3及びM4間の距離:5cm 第６図は、このマイクロホンの周波数特性を示すもの
である。第６図において、A1が仰角１度のときの特性、
A2が仰角５度のときの特性、A3が仰角20度のときの特
性、A4が仰角30度のときの特性を示すものである。この
第６図に示す周波数特性は、以下の条件で得られたもの
である。

距離50cm, マイクロホンユニットM3及びM4間の距離:5cm このように、マイクロホンユニットM3及びM4を所定距
離だけ離して配置し、マイクロホンユニットM3の出力と
マイクロホンユニットM4の出力との差信号を得るように
すれば、両指向特性が得られる。

したがって、第１図に示したように、会議テーブル１
上にマイクロホンユニットM1を配置し、マイクロホンユ
ニットM2をその上方に配置すれば、第３図に示したよう
な指向特性が得られると考えられる。

d.一実施例の原理及びその特性 ところで、会議テーブル１上にこのようにマイクロホ
ンユニットM1及びM2を配置した場合には、会議テーブル
１の影響を考慮する必要がある。また、雑音源となる音
源は、会議テーブル１のテーブル面の近傍にあり、この
雑音源からマイクロホンユニットM1及びM2までの夫々の
距離は、等しくない。したがって、雑音源と、マイクロ
ホンユニットM1及びM2との位置関係について考慮する必
要がある。

つまり、第７図に示すように、会議テーブル１上にマ
イクロホンユニットM1が配置され、その上方の鉛直線上
に所定距離だけ離してマイクロホンユニットM2が配置さ
れ、そして、会議テーブル１のテーブル面に対して仰角
のおおきい位置にある音源G3から音が発射され、会議テ
ーブル１のテーブル面に対して仰角の小さい位置にある
音源G4から音が発射されるとする。

音源G3からの音は、矢印Ｒ及び矢印Ｓで夫々示すよう
に、マイクロホンユニットM1及びM2に直接入射される。
これと共に、音源G3からの音は、矢印Ｔで示すように、
会議テーブル１で反射されてマイクロホンユニットM2に
入射される。これは、音源G3に対する鏡像G3′を考え、
会議テーブル１が無くなったことと等価である。

音源G4からの音は、矢印Ｕ及び矢印Ｖで示すように、
マイクロホンユニットM1及びM2に直接入射される。音源
G4からの音についても、矢印Ｗで示すように、会議テー
ブル１で反射されてマイクロホンユニットM2に入射さ
れ、音源G4に対する鏡像G4′を考えることができる。

音源G4は、会議テーブル１に対して仰角の小さい所に
あるので、音源G4の位置と鏡像G4′の位置は略々同位置
となる。雑音を除去するためには、会議テーブル１に対
して仰角の小さい所にある音源G4からの音に対する感度
を０にすれば良い。したがって、音源G4からの音に対す
る感度を０にする場合には、会議テーブル１の影響は考
慮する必要はない。

したがって、音源G4からの音に対する感度を０にする
ためには、音源G4とマイクロホンユニットM1及びM2との
位置関係についてだけ考慮すれば良い。

すなわち、音源G4からマイクロホンユニットM1までの
距離は、音源G4からマイクロホンユニットM2までの距離
に比べて短い。このため、音源G4からの音がマイクロホ
ンユニットM1に届くまでの時間は、音源G4からの音がマ
イクロホンユニットM2に届くまでの時間に比べて短い。
また、音源G4からの音がマイクロホンユニットM1及びM2
に入力されるときのレベルは、マイクロホンユニットM1
の方がマイクロホンユニットM2よりも音源G4に近いの
で、マイクロホンユニットM1の入力レベルの方がマイク
ロホンユニットM2の入力レベルより大きい。

このことから、音源G4からの音に対する感度を０にす
るためには、マイクロホンユニットM1からの信号を音源
G4からマイクロホンユニットM1までの距離と音源G4から
マイクロホンユニットM2までの距離との差に応じて遅延
すると共に、マイクロホンユニットM1の信号を減衰させ
てから、マイクロホンユニットM1からの信号とマイクロ
ホンユニットM2からの信号との差信号を得るようにすれ
ば良い。

上述の一実施例では、マイクロホンユニットM1の出力
をフェーズシフタ13で遅延させ、ゲインコントロール回
路14で減衰させ、マイクロホンユニットM1の出力とマイ
クロホンユニットM2の出力とを減算回路15で減算してい
る。

第８図は、この発明の一実施例の指向特性パターンを
示すものである。この指向特性パターンは、以下の条件
で得られたものである。

周波数:5000Hz,距離50cm マイクロホンユニットM1及びM2の高さ:0cm及び5cm ディレイ:7.33μs,アッテネーション:0dB. 第９図は、この発明の一実施例の周波数特性を示すも
のである。第９図において、B1が仰角１度のときの特
性、B2が仰角５度のときの特性、B3が仰角20度のときの
特性、B4が仰角30度のときの特性を示すものである。こ
の周波数特性は、以下の条件で得られたものである。

距離50cm, マイクロホンユニットM1及びM2の高さ:0cm及び5cm, ディレイ:7.33μs,アッテネーション:0dB この第８図及び第９図に示すこの発明の一実施例の特
性と、前述の第５図及び第６図に示した２つのマイクロ
ホンユニットM3及びM4からなる両指向特性のマイクロホ
ンの特性とを比較すると、以下のことが言える。

周波数特性の傾斜が第６図で示した特性では6dB/OCT
なのに対して、第９図に示した特性では、12dB/OCTであ
る。

低い仰角（例えば５度）とある程度高い仰角（例えば
20度）での感度差は、第６図で示した特性では12dB程度
なのに対して、第９図に示した特性では20dB以上であ
る。

例えば仰角20度での最大感度は、第６図では6dB,第９
図では12dBである。

会議での雑音の多くは、会議テーブル１に対して仰角
０度ではなく、僅かに仰角を持った所から発生される。
第８図及び第９図に示した特性からわかるように、この
発明の一実施例は、このような位置から発生される雑音
を第４図に示すように両指向性マイクロホンを構成した
場合に比べて有効に抑圧できる。

e.他の実施例 第９図に示す特性では、傾斜が12dB/OCTであり、適用
できる周波数帯域が制限される。適用できる周波数帯域
は、マイクロホンユニットM1とマイクロホンユニットM2
との間の距離により決まる。

第10図はこの発明の他の実施例を示すものである。こ
の実施例では、会議テーブル１上にマイクロホンユニッ
トM11が配され、マイクロホンユニットM11の上方にマイ
クロホンユニットM12が配され、マイクロホンユニットM
12の更に上方にマイクロホンユニットM13が配される。
このように、３個のマイクロホンユニットM11〜M13を配
することで、広い周波数帯域を得られるようにしてい
る。

マイクロホンユニットM11〜M13の出力がアンプ21〜23
に夫々供給される。アンプ21の出力がフェーズシフタ24
及び25を夫々介して減算回路27及び28に夫々供給される
と共に、ローパスフィルタ26に供給される。アンプ22の
出力が減算回路27に供給される。アンプ23の出力が減算
回路28に供給される。

減算回路27でアンプ21,フェーズシフタ24を介された
マイクロホンユニットM11の出力と、アンプ22を介され
たマイクロホンユニットM12の出力とが減算される。減
算回路28でアンプ21,フェーズシフタ25を介されたマイ
クロホンユニットM11の出力と、アンプ23を介されたマ
イクロホンユニットM13の出力とが減算される。

減算回路27及び28は、演算増幅器41A及び41Bと、演算
増幅器41A及び41Bの反転入力端子と出力端子との間に接
続されたフィードバック抵抗42A及び42Bと、演算増幅器
41A及び41Bの反転入力端子に一端が接続された抵抗43A
及び43Bと、演算増幅器41A及び41Bの非反転入力端子と
接地間に接続された可変抵抗44A及び44Bと、演算増幅器
41A及び41Bの非反転入力端子に一端が接続された抵抗45
A及び45Bとから構成される。アンプ21,フェーズシフタ2
4及び25を夫々介して減算回路27及び28に夫々供給され
るマイクロホンユニットM11のゲインは、可変抵抗44A及
び44Bにより調整可能とされている。

マイクロホンユニットM11とマイクロホンユニットM12
との間の距離は近いので、減算回路27の出力は高域で良
好な特性となる。マイクロホンユニットM11とマイクロ
ホンユニットM13との間の距離は長いので、減算回路28
の出力は、中域で良好な特性となる。

減算回路27の出力がバンドパスフィルタ29に供給され
る。減算回路28の出力がバンドパスフィルタ30に供給さ
れる。バンドパスフィルタ29は、高域を通過させるフィ
ルタである。バンドパスフィルタ30は、中域を通過させ
るフィルタである。なお、ローパスフィルタ26,バンド
パスフィルタ29,30の代わりにイコライザを用いても良
い。

バンドパスフィルタ29の出力から高域の信号が得られ
る。バンドパスフィルタ29の出力が加算回路31に供給さ
れる。バンドパスフィルタ30の出力から中域の信号が得
られる。バンドパスフィルタ30の出力が加算回路31に供
給される。ローパスフィルタ26の出力から低域の信号が
得られる。ローパスフィルタ26の出力が加算回路31に供
給される。雑音成分は、低域にはないので、低域成分は
マイクロホンユニットM1の出力をそのまま用いることが
できる。加算回路31で高域から低域にわたる信号が合成
され、加算回路31の出力が出力端子32から取り出され
る。

f.単一指向性マイクロホンで構成した場合の特性 上述の一実施例及び他の実施例では、無指向性のマイ
クロホンユニットM1,M2及び無指向性のマイクロホンユ
ニットM11〜M13を用いたが、単一指向性のマイクロホン
ユニットを用いるようにしても良い。

第11図は、単一指向のマイクロホンユニットを用いた
場合の指向特性パターンを示すものである。この指向特
性パターンは、以下の条件で得られたものである。

周波数:5000Hz,距離50cm, マイクロホンユニットの高さ:0cm及び5cm, ディレイ:7.33μs,アッテネーション:0dB. 第12図は、単一指向性マイクロホンユニットを用いた
場合の周波数特性を示すものである。第12図において、
C1が仰角１度のときの特性、C2が仰角５度のときの特
性、C3が仰角20度のときの特性、C4が仰角30度のときの
特性を示すものである。この周波数特性は、以下の条件
で得られたものである。

距離50cm, マイクロホンユニットの高さ:0cm及び5cm, ディレイ:7.33μs,アッテネーション:0dB. 〔発明の効果〕 この発明に依れば、マイクロホンユニットM1が会議テ
ーブル１上に配され、マイクロホンユニットM2が会議テ
ーブル１より上方に配され、マイクロホンユニットM1と
マイクロホンユニットM2との差信号が取り出される。こ
のため、会議テーブル１のテーブル面に対して仰角の大
きい位置から発射される人間の声だけが収音され、テー
ブル面に対して仰角の小さい位置から発生される雑音成
分を除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はこ
の発明の基本原理の説明に用いる側面図、第３図はこの
発明の基本原理の説明に用いる指向特性図、第４図は両
指向性のマイクロホンの構成を示す略線図、第５図及び
第６図は両指向性マイクロホンの指向特性図及び周波数
特性図、第７図はこの発明の一実施例の説明に用いる略
線図、第８図及び第９図はこの発明の一実施例の指向特
性図及び周波数特性図、第10図はこの発明の他の実施例
のブロック図、第11図及び第12図は単一指向性マイクロ
ホンを用いて構成した場合の指向特性図及び周波数特性
図である。 図面における主要な符号の説明 M1,M2:マイクロホンユニット、13,24,25:フェーズシフ
タ、15,27,28:減算回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テーブル上に配置される無指向性の第１の
   マイクロホンユニットと、 上記テーブル上の上記第１のマイクロホンユニットの略
   垂直線上に配置される無指向性の第２のマイクロホンユ
   ニットと、 上記第１のマイクロホンユニットの出力と、上記第２の
   マイクロホユニットの出力とを減算する減算手段とから
   なり、 上記減算手段により、上記テーブルと略同一の高さの雑
   音発生源から発生された音をキャンセルするようにした
   マイクロホン装置。