(57)【要約】【課題】  マイクロホンスタンド及びマイクロホンアレイを含む、インパクトから高品質の音響情報を捕捉するためのシステムを提供する。【解決手段】  マイクロホンスタンドは、このスタンドに配置されたマイクロホンアレイが単一の点に焦合され、周囲騒音を低減するように形成されている。【選択図】  図１
2011212433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１湾曲を持つベース及び該ベースと関連した第２湾曲を持つアームを含む、複数のマイクロホンを支持するためのマイクロホンスタンド、
を含む、音響捕捉システムにおいて、
該アームは、該ベースに対して実質的に垂直に位置決めされており、
該第１湾曲及び該第２湾曲は、該マイクロホンスタンドに位置決めされた任意のマイクロホンが、該マイクロホンスタンドから周知の所定距離の単一の点に焦合されるように選択されていることを特徴とする、音響捕捉システム。
【請求項２】
前記複数のマイクロホンの各マイクロホンが、任意の隣接したマイクロホンから周知の所定距離に配置されていることを特徴とする、更に複数のマイクロホンを含む、請求項１に記載の音響捕捉システム。
【請求項３】
前記複数のマイクロホンの全てのマイクロホンが、前記ベース及び前記アームのうちの少なくとも一方と関連していることを特徴とする、請求項２に記載の音響捕捉システム。
【請求項４】
前記複数のマイクロホンの各マイクロホンが音響分析モジュールと関連しており、
前記音響分析モジュールが、前記複数のマイクロホンの任意のマイクロホンが捕捉した任意の音を受信するように形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の音響捕捉システム。
【請求項５】
前記音響分析モジュールが、前記複数のマイクロホンの任意の二つのマイクロホン間の時間シフト遅延を決定するように形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の音響捕捉システム。
【請求項６】
前記複数のマイクロホンの各マイクロホンが、指向性マイクロホンを含むことを特徴とする、請求項２に記載の音響捕捉システム。
【請求項７】
前記単一の点が、打撃物及び発射体のインパクト位置を含むことを特徴とする、請求項２に記載の音響捕捉システム。
【請求項８】
前記打撃物がゴルフクラブを含み、前記発射体がゴルフボールを含むことを特徴とする、請求項７に記載の音響捕捉システム。
【請求項９】
前記複数のマイクロホンの各マイクロホンが、ゴルフクラブがゴルフボールを打つ時に発生した音を検出するように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の音響捕捉システム。
【請求項１０】
ベースと、
該ベースは第１平面を占有し、前記アームは第２平面を占有し、該第１平面は該第２平面と異なる、ベースと関連したアーム、
を含む、マイクロホンスタンドにおいて、
該ベースは第１マイクロホンを支持するように形成されており、該第１マイクロホンは第１焦点に差し向けられ、
該ベースは、第１湾曲を有し、
該アームは、第２マイクロホンを支持するように形成されており、該第２マイクロホンは第２焦点に差し向けられ、
該アームは、第２湾曲を有し、
該第１湾曲及び該第２湾曲が、第１焦点及び第２焦点が実質的に同じ焦点であるように選択されることを特徴とする、マイクロホンスタンド。
【請求項１１】
前記ベースが、複数の第１マイクロホンを支持するように形成されており、前記複数の第１マイクロホンの各マイクロホンが、任意の隣接したマイクロホンから周知の所定距離のところに位置決めされていることを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロホンスタンド。
【請求項１２】
複数の第２マイクロホンの各マイクロホンが、任意の隣接したマイクロホンから周知の第２の所定距離のところに位置決めされていることを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロホンスタンド。
【請求項１３】
前記ベースが、前記アームと実質的に直交することを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロホンスタンド。
【請求項１４】
同じ点が、打撃物及び発射体のインパクト位置を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロホンスタンド。
【請求項１５】
前記打撃物が、ゴルフクラブを含み、前記発射体がゴルフボールを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のマイクロホンスタンド。
【請求項１６】
前記第１マイクロホン及び前記第２マイクロホンが、前記打撃物及び前記発射体のインパクトによって発生した任意のインパクト騒音を捕捉するように形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載のマイクロホンスタンド。
【請求項１７】
複数のマイクロホンの各マイクロホンが、該複数のマイクロホンの任意の他のマイクロホンから周知の所定距離のところに位置決めされており、該複数のマイクロホンの各マイクロホンが、前記インパクト位置に焦合されている、該複数のマイクロホンを展開する工程、
マイクロホンアレイの一つ又はそれ以上のマイクロホンのところでインパクト音を受信し、該一つ又はそれ以上のマイクロホンがインパクト信号を発生する工程、
該インパクト信号を分析モジュールに通信する工程、
該インパクト信号を分析し、高品質のインパクト音を決定する工程、
を含む、
発射体をインパクトする打撃物が、インパクト位置で発生した高品質のインパクト音を検出するための方法。
【請求項１８】
前記インパクト信号を分析する工程が、
該インパクト信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記インパクト信号を分析する工程が、該インパクト信号のピーク周波数を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記インパクト信号を分析する工程が、第１マイクロホンと第２マイクロホンとの間の時間シフト遅延を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体として、打撃物(striking object)及び運動発射体(athletic projectile)のインパクトによって発生したインパクト音を決定するためのシステム及び方法に関する。更に詳細には、本開示は、全体として、ゴルフボールを打つゴルフクラブの音を決定するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブがゴルフボールをインパクトするときに発生する音は、特定のクラブ−ボール組み合わせに対して独特である。例えば、クラブがドライバー、アイアン、又はパターのいずれであろうと、クラブフェースの材料、及びゴルフボールの構造、及びその構成材料は、全て、クラブ及びボールのインパクトによって発生する特定の音に影響を及ぼす。発生した音は、更に、器具の温度、周囲温度、クラブフェースのインパクト位置、クラブのヘッドスピード、及び迎え角、及び他のファクタ等のファクタで決まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多くのゴルファーは、ボールを正しく打った音は、ボールを購入する上での要因であると考えている。これは、この音が美しく魅力的であり、即ちボールを正確に打ったことについての情報をもたらすためである。従って、ボールを設計する上で有用な一つのツールは、ボールとのインパクトによって発生した音響プロファイルを設計者が正確に知ることができるようにするツールである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの態様では、第１実施例は、複数のマイクロホンを支持するためのマイクロホンスタンドを含む音響捕捉システムを提供する。マイクロホンスタンドは、第１湾曲を持つベース及びこのベースと関連したアームを有する。アームは第２湾曲を有する。アームは、ベースに対して実質的に垂直に位置決めされている。第１湾曲及び第２湾曲は、マイクロホンスタンドに位置決めされた任意のマイクロホンが、マイクロホンスタンドから周知の距離にある単一の点に焦合するように選択される。
【０００５】
別の実施例では、マイクロホンスタンドは、ベース及びこのベースと関連したアームを有する。ベースは第１平面を占有し、アームは第１平面と異なる第２平面を占有する。第１湾曲を持つベースは、第１マイクロホンを支持するように形成されており、第１マイクロホンは第１焦点に差し向けられる。第２湾曲を持つアームは、第２マイクロホンを支持するように形成されており、第２マイクロホンは第２焦点に差し向けられる。第１湾曲及び第２湾曲は、第１焦点及び第２焦点が実質的に同じ点であるように選択される。
【０００６】
更に別の実施例では、インパクト位置で打撃物が発射体にインパクトを加えることによって発生した高品質のインパクト音を検出するための方法は、複数のマイクロホンを展開する工程を含み、複数のマイクロホンの各マイクロホンは、複数のマイクロホンの任意の他のマイクロホンから周知の距離に位置決めされ、複数のマイクロホンの各マイクロホンは、インパクト位置に焦合される。別の工程において、インパクト音は、マイクロホンアレイの一つ又はそれ以上のマイクロホンのところで受信され、これらの一つ又はそれ以上のマイクロホンがインパクト信号を発生する。インパクト信号は、分析モジュールに送られる。インパクト信号を分析し、高品質のインパクト音を決定する。
【０００７】
本発明のこの他のシステム、方法、特徴、及び利点は、添付図面及び以下の詳細な説明を検討することにより、当業者に明らかになるであろう。これらの追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、全て、この説明及び概要の範疇に含まれ、本発明の範囲内にあり、特許請求の範囲によって保護される。
【０００８】
添付図面及び以下の説明を参照することにより、本発明を更に良好に理解できる。添付図面に示す構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を例示するため、強調が加えられている。更に、添付図面において、様々な図に亘り、同様の参照番号が対応する部品に付してある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、複数のマイクロホンが設けられたマイクロホンアレイスタンドの一実施例の概略正面図である。
【図２】図２は、複数のマイクロホンが設けられたマイクロホンアレイスタンドの一実施例の概略側面図である。
【図３】図３は、複数のマイクロホンを、各マイクロホンが焦点に差し向けられるように位置決めするように形成されたマイクロホンスタンドの一実施例の背面図である。
【図４】図４は、複数のマイクロホンを、各マイクロホンが焦点に差し向けられるように位置決めするように形成されたマイクロホンスタンドの一実施例の平面図である。
【図５】図５は、複数のマイクロホンを、各マイクロホンが焦点に差し向けられるように位置決めするように形成されたマイクロホンスタンドの一実施例の側面図である。
【図６】図６は、複数のマイクロホンを、各マイクロホンが焦点に差し向けられるように位置決めするように形成されたマイクロホンスタンドの一実施例の側面図である。
【図７】図７は、関連した各マイクロホンを焦点に焦合するように形成されたマイクロホンアレイスタンドの一実施例の平面図である。
【図８】図８は、関連した各マイクロホンを焦点に焦合するように形成されたマイクロホンアレイスタンドの一実施例の平面図である。
【図９】図９は、移動距離の相違のため、間隔が隔てられたマイクロホンアレイの各マイクロホンに球面波が異なる時間に到達する態様を示す概略図である。
【図１０】図１０は、高品質のインパクト音を得る方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、受信した音響信号を分析するための様々な可能性を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、マイクロホンアレイにおける時間遅延を決定する上で使用するための二つの可能な方程式を示す図である。
【図１３】図１３は、録音環境の一実施例の概略図である。
【図１４】図１４は、録音の音響圧力分布の様々な例を示す図である。
【図１５】図１５は、録音されたインパクト音の波形パターンのの様々な例を示す図である。
【図１６】図１６は、マイクロホンアレイの一実施例の指向性パターンのシミュレーション結果の様々な例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施例は、打撃物及び発射体の特定の組み合わせについての高品質の音響プロファイルを識別するためのシステム及び方法に関する。打撃物は、任意の種類の打撃物であってもよい。例えば、運動競技において、打撃物は、ダイヤモンドスポーツバット(diamond sports bat)、任意の他の種類のバット、卓球ラケット、ラケット、及びクラブであってもよい。同様に、発射体は任意の発射体であってもよい。例えば、運動競技において、発射体は、野球ボール、ソフトボール、テニスボール、ピンポン／卓球ボール、クリケットボール、スカッシュボール、ラケットボール、及びゴルフボールを含むがこれらに限定されない任意の種類のボールであってもよい。本明細書中における議論は、全体として、ゴルフクラブ及びゴルフボールについての音響プロファイルの決定に用いられるシステムの議論に限定されるが、打撃物及び発射体は、このように限定して考えられるべきではない。
【００１１】
様々な理由により、インパクト時にインパクト音を高品質で取り出す、即ち抽出するのが望ましい。例えば、幾つかの場合において、打撃物及び／又は発射体の設計はインパクト時に発生する音響プロファイルにより影響を受ける。例えば、野球、テニス、ゴルフ、又は卓球等の運動競技において、ボールとのインパクト音を高品質で抽出／分析できれば、器具の急速な改良が補助される。
【００１２】
一般的には、打撃物と発射体とのインパクトは、点音源で生じるものと考えられる。インパクト音を高品質で抽出するため、一般的には、マイクロホンをインパクト点の近くに設置する。しかしながら、当該技術分野で周知のように、フィールドでのボールとのインパクト点での音響の検出に周囲騒音が大きな影響を及ぼし、そのため、たとえマイクロホンが直ぐ近くに置かれている場合でも、高品質のインパクト音の抽出は困難である。周囲騒音は、風や観衆が発生する騒音であり、又は場合によっては打撃物が空気中を高速で移動する際に打撃物が発生する騒音である。本明細書中に説明するシステム及び方法は、部分的には、信号の周囲騒音汚染に関わらず、高品質のインパクト点音源を抽出できるように設計されている。
【００１３】
幾つかの実施例では、単一のマイクロホンを使用してインパクト騒音を捕捉する代わりにマイクロホンアレイを設け、インパクト音を捕捉する。図１乃至図８は、マイクロホンアレイの様々な実施例の概略図を示す。これらのマイクロホンアレイは、周囲騒音の影響をほぼ受けずにインパクト音を捕捉するように配置される。マイクロホンアレイは、部分的には、マイクロホンスタンド１００に配置した複数のマイクロホン１０６を提供することによって周囲騒音の影響を受けないようにできる。マイクロホンスタンド１００は、ベース１０２と、このベースと関連したアーム１０４とを含む。幾つかの実施例では、図１及び図２に概略に示すように、各マイクロホン１０６が単一のターゲット点Ｐに焦点を合わせるように、マイクロホン１０６がマイクロホンスタンド１００に位置決めされている。
【００１４】
マイクロホンスタンド１００は、金属、プラスチック、セラミック、天然及び合成の複合材料、等の当該技術分野で周知の任意の材料で形成されていてもよい。幾つかの実施例では、マイクロホンスタンド１００の材料は、予想インパクト音の周波数及び／又は周波数スペクトルの影響を比較的受けないように選択されていてもよい。これは、インパクトによって発生した音波に応じてマイクロホンスタンド１００が振動し、マイクロホン１０６のところで即ちマイクロホン１０６によって受信されるデータの品質を落とすことがないようにするためである。例えば、マイクロホンスタンド１００は、比較的剛性のプラスチック又は金属で形成されていてもよい。
【００１５】
マイクロホンスタンド１００は、使用者が望む任意の形状又は形体を備えていてもよい。図３乃至図８に特定の計測値が示してあるが、これらの計測値は、マイクロホンスタンド１００の一実施例を反映するに過ぎないということは理解されるべきである。他の実施例では、マイクロホンスタンド１００は寸法が異なっていてもよく、長さ、距離、及び高さが比較的長く又は短く、角度が比較的鋭角又は鈍角であり、曲率半径が比較的大きく又は小さい。
【００１６】
例えば、マイクロホンスタンド１００は実質的に一方向に又は一平面内を延びていてもよく、又はマイクロホンスタンド１００は多くの方向に又は多くの平面内を延びていてもよい。図１乃至図８に示すように、幾つかの実施例では、ベース１０２が実質的に第１平面内を延びているのに対し、アーム１０４はこれと直交する即ち垂直な平面内を延びる。幾つかの実施例では、ベース１０２及び／又はアーム１０４は直線状であるが、他の実施例では、ベース１０２及びアーム１０４の少なくとも一方が湾曲している、即ち所定の曲率半径を有する。ベース１０２及びアーム１０４のいずれか又は両方の曲率半径は、マイクロホン１０６をターゲット点Ｐに焦合するのを補助するように選択されていてもよいが、ベース１０２及びアーム１０４のいずれか又は両方で任意の曲率半径を使用してもよい。一般的には、ベース１０２及びアーム１０４の曲率半径が小さいと、焦点即ちターゲット点Ｐがマイクロホンスタンド１００から遠ざかる。
【００１７】
同様に、ベース１０２及びアーム１０４の長さは、使用者が所望の任意の長さであってもよい。しかしながら、幾つかの実施例では、ベース１０２及び／又はアーム１０４の長さは、マイクロホンスタンド１００をターゲット点Ｐから最適の距離のところに位置決めするのを補助するように選択されてもよい。例えば、図７及び図８に示すように、マイクロホンスタンド１００の二つの異なる実施例が示してある。マイクロホンスタンド１００の両実施例は、ターゲット点Ｐから同じ焦点距離ｒのところに位置決めされるようになっている。この長さｒは、図示の実施例では、約４０ｃｍである。しかしながら、図７に示す実施例では、ベース１０２及びアーム１０４は図８に示す実施例におけるよりも長い。図７に示すように、ベース１０２及びアーム１０４の長さは、マイクロホンスタンド１００の中心点が、ターゲット点Ｐから約２０ｃｍ上方の垂直方向距離Ｖに、及びターゲット点Ｐから約３４．６ｃｍの水平方向距離Ｈに位置決めされることを必要とする。図８に示すように、ベース１０２及びアーム１０４の長さは、全体として、図７に示すマイクロホンスタンド１００の実施例のベース１０２及びアーム１０４の長さよりも短い。図８に示すマイクロホンスタンド１００の実施例により、マイクロホンスタンド１００の中心点を、ターゲット点Ｐから約１３ｃｍ上方の垂直方向距離Ｖに、及びターゲット点Ｐから約３７．８ｃｍの水平方向距離Ｈに位置決めできる。従って、図８に示す実施例のベース１０２及びアーム１０４の長さにより、マイクロホンスタンド１００を、水平方向軸線上で、ターゲット点Ｐから、図７に示すマイクロホンスタンド１００の実施例におけるよりも大きく離して位置決めできる。図８に示す形体は、幾つかの場合において、図７に示す形体よりも有利である。これは、図７に示す比較的大型の水平方向で近いマイクロホンスタンド１００は、例えばゴルファーのスイングに悪影響を及ぼしたりスイングと干渉したりするためである。
【００１８】
ベース１０２及びアーム１０４は、当該技術分野で周知の任意の方法を使用して、マイクロホン１０６と関連するように形成されていてもよい。マイクロホン１０６を受け入れるため、例えば、穴、ディボット、窪み、凹所、等を設けてもよい。マイクロホン１０６を所定位置に固定するため、クリップ、リベット、ブラケット、等の機械的コネクタを設けてもよい。
【００１９】
更に、ベース１０２及び／又はアーム１０４は、使用中、フロア、テーブル、又は作業面等の表面に固定されるように形成されていてもよい。図３乃至図８に示すように、ベース１０２には、ベース１０２を表面にボルト止め又はねじ止めするための手段が設けられている。他の実施例では、マイクロホンスタンド１００は、サウンドボード、コンピュータ、及びディスプレー等の様々な分析ツールを含む単一のボックスに組み込まれていてもよい。
【００２０】
マイクロホン１０６は、全方向性マイクロホン又は指向性マイクロホン等の当該技術分野で周知の任意の種類のマイクロホンであってもよい。マイクロホンスタンド１００がこれらのマイクロホン１０６をターゲット点Ｐに焦合するように形成された実施例では、指向性マイクロホンが有利である。マイクロホン１０６は、マイクロホン１０６が特定の所望の情況で良好に機能するため、選択される。例えば、ゴルフクラブとゴルフボールのインパクトによって発生したインパクト音の周波数範囲の代表的なミッドレンジ値は、約３０００Ｈｚ又は約４０００Ｈｚ乃至約５０００Ｈｚである。従って、こうした周波数範囲で良好に機能するマイクロホン１０６がゴルフ音捕捉システムで選択される。
【００２１】
マイクロホン１０６は、マイクロホンスタンド１００に任意の所望の形体で位置決めされる。しかしながら、マイクロホンスタンド１００でのこれらのマイクロホン１０６の相対的な位置は、様々な種類の音についての最適の音響収集(sound gathering) が行われるように選択されてもよい。例えば、これらのマイクロホン１０６の位置は、たとえ同じ大きさのマイクロホンスタンド１００を使用した場合でも、ゴルフと野球で異なっていてもよい。以下に更に詳細に説明する時間シフト遅延(time shift dalay)決定の利点を得るため、マイクロホンスタンド１００でのマイクロホン１０６の実際の位置は、マイクロホン１０６の位置及び／又は相対的な位置を精度よく知ることよりは重要でない。
【００２２】
マイクロホンスタンド１００には、任意の数のマイクロホン１０６を設けてもよい。特にゴルフに適した幾つかの実施例では、８個のマイクロホンが設けられ、このうち４個のマイクロホンはベース１０２に等間隔で設けられ、別の４個のマイクロホンはアーム１０４に等間隔で設けられる。
【００２３】
方法の一実施例において、図１０に示すように音響捕捉システムを使用してもよいが、他の実施例では、本明細書中に説明した音響捕捉システムを他の方法で使用してもよい。特定の順序で記載したが、図１０に示す方法の一つ又はそれ以上の工程をこの順序以外の順序で実施してもよい。
【００２４】
第１工程３１０では、ゴルフボール等の発射体をマイクロホンアレイから所望の距離に位置決めする。例えば、図７及び図８に示すように、ゴルフボールをマイクロホンアレイの中心点から約４０ｃｍのところに位置決めしてもよい。４０ｃｍを焦点又はターゲット点Ｐとして選択することを以下に詳細に論じる。第２工程３２０では、発射体を打撃物で打つこと等によってインパクト音を発生する。例えば、ゴルファーはゴルフボールをゴルフクラブで打つ。第３工程３３０では、図１乃至図８に関して上文中に説明し、示すように、マイクロホンアレイ等でインパクト音を捕捉する。第４工程３４０では、高品質のインパクト音を分析する。
【００２５】
図１１は、高品質のインパクト音を分析する様々な方法を示す。当該技術分野で周知のように、マイクロホンは音波を電気信号に変換する。これらの電気信号は、無線伝送や有線伝送等の当該技術分野で周知の任意の方法で分析モジュールまで伝達される。分析モジュールは、マイクロホンの信号を受信できる任意の種類の機械又はツールであってもよい。例えば、分析モジュールは、オシロスコープ又はコンピュータであってもよく、これらは、キーボード、音声入力、タッチスクリーン、等の一つ又はそれ以上の入出力デバイスと関連したプロセッサであってもよい。分析モジュールは、受信したマイクロホン信号に任意の数の分析を行うようにプログラムされていてもよい。最も簡単な形態では、分析には、生の信号データのディスプレーだけが必要とされる。
【００２６】
実施される一つの種類の分析は、工程３４４に示すように、信号について行われる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）である。この種の分析により、使用者は、スペクトル図を生成できる。スペクトル図では、使用者は、周波数分布を見ることができ、パワー(power) を時間に対してデシベル単位でプロットし（工程３４６）、信号の周波数ピークをヘルツ（Ｈｚ）単位で決定する、等を行うことができる。
【００２７】
実施可能な別の種類の分析を工程３４２に概略に示す。この工程では、時間シフト遅延を計算する。マイクロホンアレイは、要求信号又はインパクト音としても周知のターゲット音を多数のマイクロホンを使用して高いＳ／Ｎ比で記録できる一種の信号演算処理技術で使用される。多数のマイクロホンが発生した信号を分析するための方法は、一般的には、遅延和アレイ(delay sum array) である。当該技術分野で周知のように、遅延和アレイは、各マイクロホンからの音響受信信号に時間遅延を加えた後、各マイクロホンからのマイクロホン信号を加えることによって、システムに鋭い指向性を形成する方法である。時間遅延は、マイクロホンアレイの形状により生じる。図９に示すように、点音源Ｐから拡がる球面波２００を破線で示す。Ｍｎはマイクロホンを示し、ｒｎは点音源Ｐから各マイクロホンまでの距離を示し、ｎはマイクロホンが何番目のマイクロホンであるのかを示す。点音源Ｐの位置がわかっている場合、各マイクロホンのところでの球面波の到達を点音源Ｐ及びマイクロホン距離ｒｎに従って決定できる。更に、ターゲット音に対する歪みを、他のアレイ信号演算処理方法と比較して最小にとどめることができる。
【００２８】
様々なマイクロホンでの波面(wavefront)の到着について時間遅延を計算するとき、各マイクロホンでの波面到着は、要求信号が点音源の場合、球面波となる。従って、各マイクロホンの時間遅延を図１２に示す方程式１で表すことができる。方程式１では、τｎは時間遅延を示し、ｒｎは点音源Ｐから各マイクロホンまでの距離を示し、ｎはマイクロホンが何番目のマイクロホンであるのかを示し、ｃは音速を示す。更に、遅延和信号の総計としてのアレイ出力は、図１２に示す方程式２に示すように表現できる。ここでは、ｙ（ｔ）はアレイ出力信号を示し、ｘｉ（ｔ−τｎ）は入力された遅延和信号を示し、Ｎはマイクロホンの数を示す。
［試験モデル１］
【００２９】
スポーツの分野では、ボールとのインパクト点を記録するとき、マイクロホンを衝突点の近くに設置することによって、暗騒音から高品質のインパクト音を取り出す。しかしながら、野球、テニス、ゴルフ、又は卓球の場合等で器具をスイングすることによりインパクト音が発生する場合、スイング動作及び打撃動作によって発生したインパクト音と同時に風切り音が記録されてしまうという問題がある。この作用を低減するため、マイクロホンをインパクト点に近付け、風切り音の影響を小さくするが、これは録音を高品質で行うのを非常に困難にしてしまう。マイクロホンアレイを使用し、風切り音を含むインパクト音を高品質で取り出す方法を決定するため、様々な実験が行われた。
【００３０】
実験概要
【００３１】
先ず最初に、風切り音による影響を比較的受け難い位置を検討するため、インパクト音の録音を音源の近くで行う。録音の設定を図１３に概略に示す。録音条件を以下の表１に示す。
【００３２】
【表１】
2011212433.tif 000003
【００３３】
全部で３６個のマイクロホンを６ｃｍ×４０ｃｍの座標空間内に水平方向で２ｃｍ間隔で及び垂直方向で５ｃｍの間隔で設置し、ゴルフボールを方向Ａから方向Ｂに向かって打った（図１３参照）ときのインパクト音を記録した。音源Ｐと座標（０、０）との間の距離を３０ｃｍと仮定する。
【００３４】
実験結果
【００３５】
音響圧力分布を図１４に示す。平均低レベルパワー（０ｋＨｚ乃至８ｋＨｚ）での分布を（ａ）に示し、平均中レベルパワー（８ｋＨｚ乃至１６ｋＨｚ）での分布を（ｂ）に示し、平均高レベルパワー（１６ｋＨｚ乃至２４ｋＨｚ）での分布を（ｃ）に示した。各周波数でのインパクト音のエネルギー分布は、図１４から確認できる。
【００３６】
顕著な変化を確認できた記録されたインパクト音の波形パターンの一例を図１５に示す。第１波形Ａは、風切り音による影響が比較的小さい波形であるのに対し、第２波形Ｂ、第３波形Ｃ、及び第４波形Ｄは、風切り音による影響が大きい波形を示す。第１波形Ａと比較すると、第２波形Ｂ、第３波形Ｃ、及び第４波形Ｄは、主ピークの近くに大きな変動があることを明瞭に示す。風切り音の影響の存在は、ピーク近くのこの変動によって示され、この変動は、マイクロホン及びマイクロホンアレイに及ぼされる風切り音の影響を決定する上での標準として使用できるものと考えられる。
【００３７】
図１３に示すように、水平方向位置Ａでは、風切り音の影響が大きく、実験結果によれば、垂直方向位置Ｄで風切り音の影響が小さいことが示された。詳細には、風切り音の影響は、水平方向位置Ａ及び垂直方向位置Ｃで大きく、水平方向位置Ｂ及び垂直方向位置Ｄで小さいと理解された。更に、音源Ｐから水平方向位置Ｂ及び垂直方向位置Ｄまでの距離は約４０ｃｍである。マイクロホンアレイは、水平方向Ｂ及び垂直方向Ｄの領域で音源からマイクロホンまでの焦点距離を４０ｃｍに維持することによって、風切り音の影響を制御できると考えられる。
［試験モデル２］
【００３８】
風切り音を決定する試験により、風切り音の影響を、幾つかの場合において、インパクト音源からマイクロホンまでの距離を４０ｃｍに保持することによって制御できるということがわかった。高品質のインパクト音プロファイルを風切り音に対して取り出すため、マイクロホンを水平方向及び垂直方向で４０ｃｍの半径で配置した。提案したマイクロホンアレイの配置を図１及び図２に示す。ターゲット点Ｐは、予想インパクト位置にある。マイクロホンアレイは８個のマイクロホンを含む。試験２の目的は、提案したマイクロホン配置及びマイクロホン間隔ｄ（隣接したマイクロホン間の距離）によって、マイクロホンアレイの指向性パターンが変化することを証明することである。
【００３９】
実験概要
【００４０】
試験の諸条件を表２に概略に記載する。
【００４１】
【表２】
2011212433.tif 000004
【００４２】
表２に示す諸実験条件に基づき、音源をマイクロホンアレイの前方４０ｃｍに配置することによって指向性を計算した。マイクロホンが等間隔で配置されているものと仮定し、ｄが６ｃｍ及び１２ｃｍの場合の指向性をコンピュータシミュレーションで計算した。
【００４３】
実験結果
【００４４】
シミュレーションによって得られた指向性パターンを図１６に示す。０ｋＨｚ乃至８ｋＨｚの平均パワーを低レベルとし、８ｋＨｚ乃至１６ｋＨｚの平均パワーを中レベルとし、１６ｋＨｚ乃至２４ｋＨｚの平均パワーを高レベルとした場合、周波数帯は、マイクロホン距離ｄが６ｃｍの場合の低レベルの指向性パターンを（ａ）に示し、中レベルの指向性パターンを（ｂ）に示し、高レベルの指向性パターンを（ｃ）に示す。周波数帯は、マイクロホン距離ｄが１２ｃｍの場合の低レベルの指向性パターンを（ｄ）に示し、中レベルの指向性パターンを（ｅ）に示し、高レベルの指向性パターンを（ｆ）に示す。図１６に示すように、マイクロホン間隔が１２ｃｍの場合の指向性応答パターンは、全体として、６ｃｍの場合と比較して鮮明である。このように、マイクロホン間隔を拡げると点特性(point characteristic)が鮮明になると考えられる。更に、音源近くのＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）が非常に高いため、全ての周波数と比較して周波数が高くなる。詳細には、高レベルでのＳＮＲは、マイクロホン間隔が６ｃｍの場合、約８ｄＢ改善し、マイクロホン間隔が１２ｃｍの場合、約１０ｄＢ改善する。
【００４５】
更に、図１６の全てのグラフに信号のエイリアシングが示される。しかしながら、騒音源が存在せず、音源位置が周知であるため、エイリアシングの影響を無視できると考えられる。このエイリアシングは、提案されたマイクロホン配置が、全ての周波数帯での高いＳ／Ｎ比によって鋭い指向性を形成できるということを示す。
【００４６】
機器の設計者は、多くの目的のため、本明細書中に説明した音響捕捉システムによって集めた情報を使用してもよい。例えば、設計者は、ゴルフボールの層について選択された数、種類、及び材料に基づく特定の設計の最も美しいインパクト音を決定できる。更に、ゴルファーのスイングを決定できる。これは、中心からずれた打撃が、正しく打撃されたボールとは異なる音を発生するためである。ゴルフクラブ、ゴルフボール、及びゴルファーのスイングによって発生した独特の音は、スイング分析の目的となる構成要素としての、米国特許公開第２０１１／０００９２１５号に開示のボール適合システム等のクラブ適合システム及び／又はボール適合システムで使用する上で十分なスイングデータを提供する。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
【００４７】
本発明の様々な実施例を説明したが、この説明は提示であって限定ではなく、本発明の範疇で多くの実施例が可能であるということは当業者には明らかであろう。従って、本発明は添付の特許請求の範囲及びその等価物以外では制限されない。更に、添付の特許請求の範囲の範疇で様々な変形及び変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００  マイクロホンスタンド
１０２  ベース
１０４  アーム
１０６  マイクロホン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１４】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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2011212433000002.pdf
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