(57)【要約】複数のマイクロフォン素子（４、５、１２、１３）を有するマイクロフォンアレイ（３）を備える指向性マイクロフォンが開示される。それらのマイクロフォン素子のうち、素子（４）は後方素子であり、他の素子は前方素子である。プロセッサ（１９、３１）が素子に接続される。プロセッサは信号を処理するハードウェアプロセッサであってよく、また、信号を処理するソフトウェア制御システムであってもよい。プロセッサは、前方素子（５、１２、１３）のうちの１つにおける波の到来を判定した後、後方素子（４）におけるその波の受信のための機会ウィンドウを設定する。機会ウィンドウは、所定の方向から放射する波のみがその時間フレームにおいて到来するように設定され、それにより、その方向からの音波がマイクロフォンにより処理されることが可能になるとともに、異なる方向からの他の波は除去される。音波が受信され処理されるマイクロフォンの弧の角度は、機会ウィンドウｔ３−ｔ２のサイズを変化させることによって設定可能である。ハードウェア実施例では、プロセッサはフィルタ（２１、２２）、ゼロ交差検出器（２３、２４）、単安定回路（２５、２６）およびフリップフロップ（２８）を有し、タイミング信号をセットしフリップフロップ（２８）をトリガしてスイッチ（２９）を制御し、フィルタ（２１、２２）の帯域幅内の波が素子（４）に到来した場合、その波に対応するオーディオ信号が素子（４）からスイッチ（２９）を通じて出力（３０）に送信される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を電気オーディオ信号に変換する少なくとも２個の離間したマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイと、
前記素子から前記電気信号を受信する処理セクションとを有し、該処理セクションは、
前記素子のうちの１つにおける音波の到来を検出する検出手段と、当該の１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの該音波の伝搬時間に基づいて前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にする方向識別手段とを有する、指向性マイクロフォン。
【請求項２】
前記方向識別手段は、前記１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの前記波の伝搬時間および前記音波の周波数の双方に基づいて、前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にする、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項３】
前記検出手段は、前記１つの出力によって検出された前記オーディオ信号のゼロ交差を検出するゼロ交差検出器を備え、該オーディオ信号は、前記１つの素子によって受信されさらに電気信号に変換された音波に対応する、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項４】
前記方向識別手段は、前記検出手段に応答してタイミング信号を出力する信号タイミング手段と、前記別の素子に結合され前記信号タイミング信号を受信するスイッチとを有し、前記スイッチは、前記信号タイミング信号の受信時に前記電気オーディオ信号を前記別の素子から前記出力側に送出できるように作動可能であり、前記タイミング信号の持続時間は、３次元の弧の角度を規定する時間帯域に依存し、さらに、前記タイミング信号の持続時間は前記１つの素子から前記別の素子までの前記音波の伝搬期間を規定するものであり、前記の３次元の弧の角度にわたり、電気信号を前記出力側から送出するように音波が前記マイクロフォンにより受信され前記マイクロフォンにより処理されるものである、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項５】
前記方向識別手段は、前記電気信号を所定の帯域幅に制限するために前記電気信号をフィルタリングするフィルタ手段を有する、請求項２に記載のマイクロフォン。
【請求項６】
前記信号タイミング手段は、前記検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、前記持続時間相互間の差異が前記タイミング信号の持続時間を規定する、請求項４に記載のマイクロフォン。
【請求項７】
前記単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、前記単安定回路が双方ともハイ信号を提供するとき、該ＡＮＤゲートは前記単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を提供する、請求項６に記載のマイクロフォン。
【請求項８】
前記ＡＮＤゲートはフリップフロップに接続されており、それにより、前記タイミング信号が該フリップフロップにより受信されると共に電気信号が前記別の素子により受信されると、該フリップフロップは、極性において前記タイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される前記電気オーディオ信号のほんのわずか半波長を超える持続時間を有する出力を生成するように制御され、該フリップフロップの出力は前記スイッチに接続され、前記別の素子により生成される前記電気信号を前記出力側に供給できるように前記スイッチを制御する、請求項７に記載のマイクロフォン。
【請求項９】
所定帯域内の周波数のみが前記スイッチに送信されるように、前記第１のフィルタと実質的に同一の第２のフィルタを前記スイッチと前記別の素子の間に設けられている、請求項８に記載のマイクロフォン。
【請求項１０】
前記音波が前記別の素子で受信されると前記フリップフロップをトリガするために、第２のゼロ交差検出器が前記第２のフィルタに接続され、その結果そのときに、前記信号が前記タイミング信号により設定される期間内に到来した場合に前記スイッチは作動し、前記別の素子により生成される前記電気信号を前記スイッチ手段により前記出力側に送出することが許容される、請求項９に記載のマイクロフォン。
【請求項１１】
前記処理セクションは、それぞれが所定周波数の音波に対応する電気信号を検出し送出する複数の前記検出手段および方向識別手段からなる処理アレイを有する、請求項１０に記載のマイクロフォン。
【請求項１２】
前記アレイ内のそれぞれの処理セクションの１つまたは複数の前記フィルタは、オーディオスペクトルにわたり相異なる周波数帯域幅を提供する、請求項１１に記載のマイクロフォン。
【請求項１３】
前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、前記マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、前記前方素子のそれぞれはそれぞれの前記処理アレイに接続され、前記処理アレイのそれぞれは、前記後方素子と、オーディオ出力信号を提供するために前記処理アレイからの出力をミクシングするオーディオミクサの双方に接続される、請求項１１に記載のマイクロフォン。
【請求項１４】
前記複数の前方素子は前記後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、前記素子のそれぞれは実質的に直線上にある、請求項１３に記載のマイクロフォン。
【請求項１５】
前記方向識別手段は、前記タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記の３次元の弧の角度にわたり、前記電気信号を出力側から送出するように音響信号を受信し処理できるものである、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項１６】
前記音波が伝搬する空気の温度を検出し、該空気温度に応じて、前記別の素子における音波の予期される受信に対する伝搬時間を調整する気温検出手段を有する、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項１７】
前記処理セクションは、検出手段および方向識別手段を提供するソフトウェア制御プロセッサを備え、前記検出手段及び方向識別手段は前記素子のうちの１つの素子における音波の到来を検出し、該１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの該音波の伝搬時間に基づいて前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にするものである、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項１８】
前記処理セクションは、アナログ電気信号を、前記プロセッサに供給するためのディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器をさらに有する、請求項１７に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記１つの素子および前記別の素子から受信される信号のゼロ交差点を判定するために前記プロセッサに提供される信号をサンプリングし、前記１つの素子からの信号のゼロ交差点の検出時にタイマをセットし、さらに前記プロセッサは、前記別の素子からの信号のゼロ交差が前記タイマによりセットされた期間内に到来したかどうかを判定し、該ゼロ交差点が該期間内にある場合に前記別の素子からの信号を出力側に供給する、請求項１８に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項２０】
前記電気オーディオ信号は、前記プロセッサにより前記信号に対して高速フーリエ変換を実行することによって処理され、信号のサンプルの位相が求められ、該位相が所定範囲内にあるかどうかについて比較判定がなされ、その結果該位相が所定範囲内にある場合、これは対応するオーディオ信号が前記１つの素子から前記別の素子まで所定期間内に伝搬したことを示し、そして該範囲内にない場合、前記サンプルを大きさゼロにセットして該サンプルを阻止または消去し、前記プロセッサはまた前記位相範囲内に入らないサンプルを阻止または消去した後に前記信号に対して逆フーリエ変換を実行し、該信号を出力側に供給する、請求項１８に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項２１】
前記信号を前記出力側に供給する前に前記信号を改善するために追加的信号処理が実行される、請求項２０に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項２２】
前記制御手段は、前記タイミング信号を生成する前記単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように前記単安定回路を制御するコントローラを備える、請求項１５に記載のマイクロフォン。
【請求項２３】
マイクロフォンにより受信される音波を電気オーディオ信号にそれぞれ変換する少なくとも２個のマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイと、
前記マイクロフォン素子から前記オーディオ電気信号を受信し、所定の位相差の範囲内に入る位相差を有する前記信号を出力側に供給できるようにする処理手段とを有し、前記位相差の範囲は、音波の３次元の弧の角度を設定するものであり、該３次元の弧の角度にわたり入射する音波は、出力側から出力信号を送出するように前記マイクロフォンにより受信され前記マイクロフォンにより処理される、指向性マイクロフォン。
【請求項２４】
前記処理手段は、
音波が前記素子のうちの１つの素子により検出されていることを示す第１出力を提供する第１回路手段と、
前記第１回路手段の出力に応答してタイミング信号を提供する第２回路手段と、
前記素子のうちの別の素子に結合され、該別の素子により生成されるオーディオ信号を前記出力へ選択的にスイッチングするスイッチ手段を有する第３回路手段と、
前記別の素子における音波の到来を示す第２出力を提供する第４回路手段と、
前記第２および第４回路に結合され、前記第４回路からの出力および前記タイミング信号に応答して、前記タイミング信号の持続時間中、前記第２出力信号の受信直後に、前記別の素子からの前記オーディオ信号が前記スイッチ手段により前記出力側に送出されるように前記スイッチを作動させるスイッチ制御回路とを有する、請求項２３に記載のマイクロフォン。
【請求項２５】
前記第２回路は、前記検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間が前記タイミング信号の持続時間を規定する、請求項２４に記載のマイクロフォン。
【請求項２６】
前記単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、その結果前記単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、該ＡＮＤゲートは前記単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を提供できる、請求項２４に記載のマイクロフォン。
【請求項２７】
前記ＡＮＤゲートはＤ型フリップフロップを備えるスイッチ制御回路に接続され、前記タイミング信号および第２出力が前記フリップフロップにより受信されると、前記フリップフロップは、極性において前記タイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される前記電気オーディオ信号のほんのわずか半波長を超える持続時間を有する出力を生成し、前記フリップフロップの出力は前記スイッチに接続され、前記別の素子により生成される前記電気信号を前記出力側に供給できるように前記スイッチを制御する、請求項２６に記載のマイクロフォン。
【請求項２８】
所定帯域内の周波数のみが前記スイッチに送信されるように、前記第１のフィルタと実質的に同一の第２のフィルタが前記第３回路と前記別の素子の間に設けられている、請求項２７に記載のマイクロフォン。
【請求項２９】
第４回路は、音波が前記別の素子で受信されると前記フリップフロップをトリガするゼロ交差検出器であり、したがってそのときに、前記信号が前記タイミング信号により設定される期間内に到来した場合に前記スイッチは作動し、その結果前記別の素子により生成される前記電気信号は前記スイッチ手段により前記出力側に送出されることが許容される、請求項２４に記載のマイクロフォン。
【請求項３０】
前記処理手段は、それぞれが所定周波数の音波に対応する電気信号を検出し送出する複数の前記検出手段および方向識別手段からなる処理アレイを有する、請求項２７に記載のマイクロフォン。
【請求項３１】
前記アレイ内のそれぞれの方向識別手段の１つまたは複数のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する、請求項３０に記載のマイクロフォン。
【請求項３２】
前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、前記マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、前記前方素子のそれぞれはそれぞれの前記処理アレイに接続され、前記処理アレイのそれぞれは、前記後方素子と、オーディオ出力信号を提供するために前記処理アレイからの出力をミクシングするオーディオミクサとの双方に接続される、請求項３０に記載のマイクロフォン。
【請求項３３】
複数の前方素子は後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、前記素子のそれぞれは実質的に直線上にある、請求項３２に記載のマイクロフォン。
【請求項３４】
前記第２回路は、前記タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記の３次元の弧の角度にわたり、前記電気信号を出力側から送出するように音響信号を受信し処理できる、請求項２４に記載のマイクロフォン。
【請求項３５】
制御手段は、前記タイミング信号を生成する前記単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように前記単安定回路を制御するコントローラを備える、請求項２８に記載のマイクロフォン。
【請求項３６】
音波が伝搬する空気の温度を検出し、該空気温度に応じて、前記別の素子における音波の予期される受信に対する伝搬時間を調整する気温検出手段を有する、請求項２３に記載のマイクロフォン。
【請求項３７】
処理セクションは、前記１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの前記音波の伝搬時間、したがって位相差に基づいて前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にするソフトウェア制御プロセッサを備える、請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項３８】
処理セクションは、アナログ電気信号を、前記プロセッサに供給するためのディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器をさらに有する、請求項３７に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項３９】
前記プロセッサは、前記１つの素子および前記別の素子から受信される信号のゼロ交差点を判定するために前記プロセッサに提供される信号をサンプリングし、前記１つの素子からの信号のゼロ交差点の検出時にタイマをセットし、さらに前記プロセッサは、前記別の素子からの信号のゼロ交差が前記タイマによりセットされた期間内に到来したかどうかを判定し、該ゼロ交差点が該期間内にある場合に前記別の素子からの信号を前記出力側に供給する、請求項３８に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項４０】
電気オーディオ信号は、前記プロセッサにより前記信号に対して高速フーリエ変換を実行することによって処理され、信号のサンプルの位相が求められ、該位相が所定範囲内にあるかどうかについて比較判定がなされ、該範囲内にない場合、前記サンプルを大きさゼロにセットして該サンプルを阻止または消去し、前記プロセッサはまた前記位相範囲内に入らないサンプルを阻止または消去した後に前記信号に対して逆フーリエ変換を実行し、該信号を前記出力側に供給する、請求項３８に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項４１】
前記信号を前記出力側に供給する前に前記信号を改善するために追加的信号処理が実行される、請求項４０に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項４２】
音波を電気オーディオ信号にそれぞれ変換する少なくとも２個のマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイと、
前記素子のうちの第１の素子に結合され、該第１の素子から前記オーディオ信号を受信し、該第１の素子による音波の受信を示す第１出力を提供する第１回路と、
前記第１回路からの前記出力を受信し、前記第１の素子から前記素子のうちの別の素子までの前記音波の伝搬のための機会ウィンドウを提供する所定期間を示すタイミング信号を生成する第２回路と、
前記別の素子からの出力オーディオ信号を受信し、前記別の素子による前記音波の受信を示す第２出力を提供する第３回路と、
前記第２および第３回路に接続され、前記第２回路により提供される前記タイミング信号の持続時間中の前記第２出力に応答してスイッチ制御信号を提供する第４回路と、
前記別の素子に結合され、前記別の素子により生成される前記オーディオ信号を受信し、また前記第４回路にも結合され、前記第４回路から前記スイッチ制御信号を受信し前記別の素子からの前記オーディオ信号を出力側へスイッチングするスイッチ手段とを有する、指向性マイクロフォン。
【請求項４３】
前記第２回路は、検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間が前記タイミング信号の持続時間を規定する、請求項４２に記載のマイクロフォン。
【請求項４４】
前記単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、前記単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、該ＡＮＤゲートは前記単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を提供する、請求項４３に記載のマイクロフォン。
【請求項４５】
前記第４回路はＤ型フリップフロップであり前記ＡＮＤゲートは該フリップフロップに接続されており、前記タイミング信号が該フリップフロップにより受信され電気信号が前記別の素子により受信されると、該フリップフロップは、極性において前記タイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される前記電気オーディオ信号のほんのわずか半波長を超える持続時間を有する出力を生成するように制御され、該フリップフロップの出力は前記スイッチに接続され、前記別の素子により生成される前記電気信号を出力側に供給することを可能にするように前記スイッチを制御する、請求項４４に記載のマイクロフォン。
【請求項４６】
前記第１回路は、前記オーディオ信号を信号の所定の周波数帯域幅に制限する第１フィルタを有する、請求項４２に記載のマイクロフォン。
【請求項４７】
前記第３回路は、前記第１フィルタと実質的に同一の第２フィルタを有し、該第２フィルタは、所定帯域内の周波数のみが前記スイッチに送信されるように、前記スイッチ手段と前記別の素子の間に設けられる、請求項４６に記載のマイクロフォン。
【請求項４８】
前記第３回路は、前記音波が前記別の素子で受信されるときに前記フリップフロップをトリガするために前記第２フィルタに接続された第２ゼロ交差検出器を有し、したがってそのときに、前記信号が前記タイミング信号により設定される期間内に到来した場合に前記スイッチは作動し、その結果前記別の素子により生成される前記電気信号を前記スイッチ手段により出力側に送出することが可能なる、請求項４２に記載のマイクロフォン。
【請求項４９】
前記マイクロフォンは、複数の前記第１回路、第２回路、第３回路、第４回路および前記スイッチ手段からなる処理アレイを有する、請求項４２に記載のマイクロフォン。
【請求項５０】
前記第１および第２回路はフィルタを有し、前記アレイ内のそれぞれの第１回路および第３回路のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する、請求項４９に記載のマイクロフォン。
【請求項５１】
前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、前記マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、前記前方素子のそれぞれはそれぞれの前記処理アレイに接続され、前記処理アレイのそれぞれは、前記後方素子と、オーディオ出力信号を提供するために前記処理アレイからの出力をミクシングするオーディオミクサの双方に接続される、請求項５０に記載のマイクロフォン。
【請求項５２】
前記複数の前方素子は前記後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、前記素子のそれぞれは実質的に直線上にある、請求項５１に記載のマイクロフォン。
【請求項５３】
前記第２回路は、前記タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記３次元の弧の角度にわたり前記電気信号を出力側から送出するように音響信号を受信し処理できる、請求項４２に記載のマイクロフォン。
【請求項５４】
前記制御手段は、前記タイミング信号を生成する単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように該単安定回路を制御するコントローラを備える、請求項５３に記載のマイクロフォン。
【請求項５５】
前記第１素子と第２素子は、前記第１素子により受信するべき最短波長音響信号の波長の４分の１より小さい距離だけ分離される、請求項４２に記載のマイクロフォン。
【請求項５６】
前記前方素子のそれぞれは、それらのそれぞれの素子により受信するべき最短波長の１／４波長より小さい距離だけ、前記後方素子から離間される、請求項５１に記載のマイクロフォン。
【請求項５７】
音波を電気オーディオ信号に変換する少なくとも２個の離間したマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイを有する指向性マイクロフォンのため使用され、
前記素子から前記電気信号を受信するための入力と、
前記素子のうちの１つの素子における音波の到来を検出する検出手段と、
前記１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの前記音波の伝搬時間に基づいて前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にする方向識別手段とを有する、処理セクション。
【請求項５８】
前記方向識別手段は、前記１つの素子から前記別の素子までの前記波の伝搬時間および前記音波の周波数の双方に基づいて、前記電気信号を前記出力側に送出することを選択的に可能にするため設けられている、請求項５７に記載の処理セクション。
【請求項５９】
前記検出手段は、前記１つの素子によって検出された前記オーディオ信号のゼロ交差を検出するゼロ交差検出器を備え、前記オーディオ信号は、前記１つの素子によって受信され前記１つの素子によって電気信号に変換された音波に対応する、請求項５７に記載の処理セクション。
【請求項６０】
前記方向識別手段は、前記検出手段に応答してタイミング信号を出力する信号タイミング手段と、前記別の素子に結合され前記タイミング信号を受信するスイッチとを有し、前記スイッチは、前記タイミング信号の受信時に前記電気オーディオ信号を前記別の素子から出力側に送出することを可能にするように作動可能であり、前記タイミング信号の持続時間は、３次元の弧の角度を規定する時間帯域に依存し、前記３次元の弧の角度にわたり、前記電気信号を出力側から送出するように音波が前記マイクロフォンにより受信され前記マイクロフォンにより処理されるものであり、前記タイミング信号の持続時間は前記１つの素子から前記別の素子までの前記音波の伝搬期間を規定する、請求項５７に記載の処理セクション。
【請求項６１】
前記方向識別手段は、前記電気信号を所定の帯域幅に制限するために前記電気信号をフィルタリングするフィルタ手段を有する、請求項５８に記載の処理セクション。
【請求項６２】
前記信号タイミング手段は、前記検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間が前記タイミング信号の持続時間を規定する、請求項６０に記載の処理セクション。
【請求項６３】
前記単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、前記単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、該ＡＮＤゲートは前記単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、要求される持続時間の前記タイミング信号を提供する、請求項６２に記載の処理セクション。
【請求項６４】
前記ＡＮＤゲートはＤ型フリップフロップに接続され、その結果前記タイミング信号が該フリップフロップにより受信され電気信号が前記別の素子により受信されると、該フリップフロップは、極性において前記タイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される前記電気信号のほんのわずか半波長を超える持続時間を有する出力を生成するように制御され、該フリップフロップの出力は前記スイッチに接続され、前記別の素子により生成される前記電気信号が出力側に供給することを可能にするように前記スイッチを制御する、請求項６３に記載の処理セクション。
【請求項６５】
所定帯域内の周波数のみが前記スイッチに送信されるように、前記第１のフィルタと実質的に同一の第２のフィルタが前記スイッチと前記別の素子の間に設けられている、請求項６４に記載の処理セクション。
【請求項６６】
前記音波が前記別の素子で受信されると、前記フリップフロップをトリガするために、第２のゼロ交差検出器が前記第２のフィルタに接続され、そのときに、前記信号が前記タイミング信号により設定される期間内に到来した場合に前記スイッチは作動し、前記別の素子により生成される前記電気信号は前記スイッチ手段により出力側に送出することが可能になる、請求項６５に記載の処理セクション。
【請求項６７】
前記処理セクションは、それぞれが所定周波数の音波に対応する電気信号を検出し送出する複数の前記検出手段および方向識別手段からなる処理アレイを有する、請求項６６に記載の処理セクション。
【請求項６８】
前記アレイ内のそれぞれの処理セクションの１つまたは複数の前記フィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数帯域幅を提供する、請求項６７に記載の処理セクション。
【請求項６９】
前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、前記マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、前記前方素子のそれぞれはそれぞれの前記処理アレイに接続され、前記処理アレイのそれぞれは、前記後方素子と、オーディオ出力信号を提供するために前記処理アレイからの出力をミクシングするオーディオミクサの双方に接続される、請求項６７に記載の処理セクション。
【請求項７０】
前記複数の前方素子は前記後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、前記素子のそれぞれは実質的に直線上にある、請求項６９に記載の処理セクション。
【請求項７１】
前記方向識別手段は、前記タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記３次元の弧の角度にわたり、前記電気信号を出力側から送出するように音響信号を受信し処理できる、請求項５７に記載の処理セクション。
【請求項７２】
前記音波が伝搬する空気の温度を検出し、該空気温度に応じて、前記別の素子における音波の予期される受信に対する伝搬時間を調整する気温検出手段を有する、請求項５７に記載のマイクロフォン。
【請求項７３】
前記処理セクションは、前記素子のうちの１つの素子における音波の到来を検出し、該１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの該音波の伝搬時間に基づいて前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にする前記検出手段および前記方向識別手段を提供するソフトウェア制御プロセッサを備える、請求項５７に記載のマイクロフォン。
【請求項７４】
前記処理セクションは、アナログ電気信号を、前記プロセッサに供給するためのディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器をさらに有する、請求項７３に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項７５】
前記プロセッサは、前記１つの素子および前記別の素子から受信される信号のゼロ交差点を判定するために前記プロセッサに提供される信号をサンプリングし、前記１つの素子からの信号のゼロ交差点の検出時にタイマをセットし、さらに前記プロセッサは、前記別の素子からの信号のゼロ交差が前記タイマによりセットされた期間内に到来したかどうかを判定し、該ゼロ交差点が該期間内にある場合に前記別の素子からの信号を出力側に供給する、請求項７３に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項７６】
前記電気オーディオ信号は、前記プロセッサにより前記信号に対して高速フーリエ変換を実行することによって処理され、信号のサンプルの位相が求められ、該位相が所定範囲内にあるかどうかについて比較判定がなされ、該位相が所定範囲内にある場合、これは対応するオーディオ信号が前記１つの素子から前記別の素子まで所定期間内に伝搬したことを示し、該範囲内にない場合、前記サンプルを大きさゼロにセットして該サンプルを阻止または消去し、前記プロセッサはまた前記位相範囲内に入らないサンプルを阻止または消去した後に前記信号に対して逆フーリエ変換を実行し、該信号を出力側に供給する、請求項７３に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項７７】
前記信号を出力側に供給する前に前記信号を改善するために追加的信号処理が実行される、請求項７６に記載の指向性マイクロフォン。
【請求項７８】
少なくとも２個のマイクロフォン素子を含むマイクロフォンアレイを有する指向性マイクロフォンのため使用され、それぞれのマイクロフォン素子は該マイクロフォンにより受信される音波を電気オーディオ信号に変換するものであり、
前記マイクロフォンから前記電気オーディオ信号を受信する入力手段と、
ゼロ位相差の場合を含む所定の位相差の範囲内に入る位相差を有する信号を出力側に供給することを可能にする処理手段とを有し、該位相差の範囲は、音波の３次元の弧の角度を設定するものであり、前記の３次元の弧の角度にわたり入射する音波が該出力側から出力信号を送出するために前記マイクロフォンにより受信され、そして、これを処理できるように構成されている、処理セクション。
【請求項７９】
前記処理手段は、
音波が前記素子のうちの１つの素子により検出されていることを示す第１出力を提供する第１回路手段と、
前記第１回路手段の出力に応答してタイミング信号を提供する第２回路手段と、
前記素子のうちの別の素子に結合され、該別の素子により生成されるオーディオ信号を前記出力へ選択的にスイッチングするスイッチ手段を有する第３回路手段と、
前記別の素子における音波の到来を示す第２出力を提供する第４回路手段と、
前記第２および第４回路に結合され、前記第４回路からの出力および前記タイミング信号に応答して、前記タイミング信号の持続時間中、前記第２出力信号の受信直後に、前記別の素子からの前記オーディオ信号を前記スイッチ手段により出力側に送出するように前記スイッチを作動させるスイッチ制御回路とを有する、請求項７８に記載の処理セクション。
【請求項８０】
前記第２回路は、前記検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間が前記タイミング信号の持続時間を規定する、請求項７９に記載の処理セクション。
【請求項８１】
前記単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、前記単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、該ＡＮＤゲートは前記単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を提供する、請求項８０に記載の処理セクション。
【請求項８２】
前記ＡＮＤゲートはＤ型フリップフロップを備えるスイッチ回路に接続され、前記タイミング信号および第２出力の双方が前記フリップフロップにより受信されると、前記フリップフロップは、極性において前記タイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される前記電気オーディオ信号のほんのわずか半波長を超える持続時間を有する出力を生成し、前記フリップフロップの出力は前記スイッチに接続され、前記別の素子により生成される前記電気信号を出力側に供給することを可能にするように前記スイッチを制御する、請求項８１に記載の処理セクション。
【請求項８３】
所定帯域内の周波数のみが前記スイッチに送信されるように、前記第１のフィルタと実質的に同一の第２のフィルタを前記第３回路と前記別の素子の間に設けられている、請求項８２に記載の処理セクション。
【請求項８４】
前記第４回路は、前記音波が前記別の素子で受信されると前記フリップフロップをトリガするゼロ交差検出器であり、したがって、そのときに、前記信号が前記タイミング信号により設定される期間内に到来した場合に前記スイッチは作動し、前記別の素子により生成される前記電気信号を前記スイッチ手段により出力側に送出することが許容される、請求項７９に記載の処理セクション。
【請求項８５】
前記処理手段は、それぞれが所定周波数の音波に対応する電気信号を検出し送出する複数の前記検出手段および方向識別手段からなる処理アレイを有する、請求項８４に記載の処理セクション。
【請求項８６】
前記アレイ内のそれぞれの方向識別手段の１つまたは複数のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する、請求項８５に記載の処理セクション。
【請求項８７】
前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、前記マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、前記前方素子のそれぞれはそれぞれの前記処理アレイに接続され、前記処理アレイのそれぞれは、前記後方素子と、オーディオ出力信号を提供するために前記処理アレイからの出力をミクシングするオーディオミクサとの双方に接続される、請求項８６に記載の処理セクション。
【請求項８８】
前記複数の前方素子は前記後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、前記素子のそれぞれは実質的に直線上にある、請求項８７に記載の処理セクション。
【請求項８９】
前記第２回路は、前記タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記の３次元の弧の角度にわたり、前記電気信号を出力側から送出するために音響信号を受信し処理できる、請求項７９に記載の処理セクション。
【請求項９０】
前記制御手段は、前記タイミング信号を生成する前記単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように前記単安定回路を制御するコントローラを備える、請求項８９に記載の処理セクション。
【請求項９１】
前記音波が伝搬する空気の温度を検出し、該空気温度に応じて、前記別の素子における音波の期待される受信に対する伝搬時間を調整する気温検出手段を有する、請求項７８に記載の処理セクション。
【請求項９２】
前記処理セクションは、前記１つの素子から前記素子のうちの別の素子までの前記音波の伝搬時間、したがって位相差に基づいて前記電気信号を出力側に送出することを選択的に可能にするソフトウェア制御プロセッサを備える、請求項１に記載の処理セクション。
【請求項９３】
前記処理セクションは、アナログ電気信号を、前記プロセッサに供給するためのディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器をさらに有する、請求項７８に記載の処理セクション。
【請求項９４】
前記プロセッサは、前記１つの素子および前記別の素子から受信される信号のゼロ交差点を判定するために前記プロセッサに提供される信号をサンプリングし、前記１つの素子からの信号のゼロ交差点の検出時にタイマをセットし、さらに前記プロセッサは、前記別の素子からの信号のゼロ交差が前記タイマによりセットされた期間内に到来したかどうかを判定し、該ゼロ交差点が該期間内にある場合に前記別の素子からの信号を出力側に供給する、請求項９２に記載の処理セクション。
【請求項９５】
前記電気オーディオ信号は、前記プロセッサにより前記信号に対して高速フーリエ変換を実行することによって処理され、信号のサンプルの位相が求められ、該位相が所定範囲内にあるかどうかについて比較判定がなされ、該範囲内にない場合、前記サンプルを大きさゼロにセットして該サンプルを阻止または消去し、前記プロセッサはまた前記位相範囲内に入らないサンプルを阻止または消去した後に前記信号に対して逆フーリエ変換を実行し、該信号を出力側に供給する、請求項９２に記載の処理セクション。
【請求項９６】
前記信号を出力側に供給する前に前記信号を改善するために追加的信号処理が実行される、請求項９５に記載の処理セクション。
【請求項９７】
少なくとも２個のマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイを含み、、それぞれのマイクロフォン素子は音波を電気オーディオ信号に変換するものであり、
前記素子のうちの第１の素子に結合され、前記素子のうちの第１の素子から前記オーディオ信号を受信し、該第１の素子による音波の受信を示す第１出力を提供する第１回路と、
前記第１回路からの前記出力を受信し、前記第１の素子から前記素子のうちの別の素子までの前記音波の伝搬のための機会ウィンドウを提供する所定期間を示すタイミング信号を生成する第２回路と、
前記別の素子からの出力オーディオ信号を受信し、前記別の素子による前記音波の受信を示す第２出力を提供する第３回路と、
前記第２および第３回路に接続され、前記第２回路により提供される前記タイミング信号の持続時間中の前記第２出力に応答してスイッチ制御信号を提供する第４回路と、
前記別の素子に結合され、前記別の素子により生成される前記オーディオ信号を受信し、また前記第４回路にも結合され、前記第４回路から前記スイッチ制御信号を受信し前記別の素子からの前記オーディオ信号を出力側へスイッチングするスイッチ手段とを有する、指向性マイクロフォンのための処理セクション。
【請求項９８】
前記第２回路は、検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間が前記タイミング信号の持続時間を規定する、請求項９７に記載の処理セクション。
【請求項９９】
前記単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、前記単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、該ＡＮＤゲートは前記単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を所定持続時間の遅延されたハイ信号の形態で提供する、請求項９８に記載の処理セクション。
【請求項１００】
前記第４回路はＤ型フリップフロップであり前記ＡＮＤゲートは該フリップフロップに接続されており、前記タイミング信号が該フリップフロップにより受信され電気信号が前記別の素子により受信されると、該フリップフロップは、極性において前記タイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される前記電気オーディオ信号のちょうど半波長を超える持続時間を有する出力を生成するように制御され、該フリップフロップの出力は前記スイッチに接続され、前記別の素子により生成される前記電気信号を出力側に供給することを可能にするように前記スイッチを制御する、請求項９９に記載の処理セクション。
【請求項１０１】
前記第１回路は、前記オーディオ信号を信号の所定の周波数帯域幅に制限する第１フィルタを有する、請求項９７に記載の処理セクション。
【請求項１０２】
前記第３回路は、前記第１フィルタと実質的に同一の第２フィルタを有し、該第２フィルタは、所定帯域内の周波数のみが前記スイッチに送信されるように、前記スイッチ手段と前記別の素子の間に設けられる、請求項１０１に記載の処理セクション。
【請求項１０３】
前記第３回路は、前記音波が前記別の素子で受信されると、前記フリップフロップをトリガするために前記第２フィルタに接続された第２ゼロ交差検出器を有し、したがって、そのときに、前記信号が前記タイミング信号により設定される期間内に到来した場合に前記スイッチは作動し、前記別の素子により生成される前記電気信号は前記スイッチ手段により出力側に送出することが可能になる、請求項９７に記載の処理セクション。
【請求項１０４】
前記マイクロフォンは、複数の前記第１回路、第２回路、第３回路、第４回路および前記スイッチ手段からなる処理アレイを有する、請求項９７に記載の処理セクション。
【請求項１０５】
前記第１および第２回路はフィルタを有し、前記アレイ内のそれぞれの第１回路および第３回路のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する、請求項１０４に記載の処理セクション。
【請求項１０６】
前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、前記マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、前記前方素子のそれぞれはそれぞれの前記処理アレイに接続され、前記処理アレイのそれぞれは、前記後方素子と、オーディオ出力信号を提供するために前記処理アレイからの出力をミクシングするオーディオミクサの双方に接続される、請求項１０５に記載の処理セクション。
【請求項１０７】
前記複数の前方素子は前記後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、前記素子のそれぞれは実質的に直線上にある、請求項１０６に記載の処理セクション。
【請求項１０８】
前記第２回路は、前記タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記３次元の弧の角度にわたり、前記電気信号を出力側から送出するために音響信号を受信し処理できる、請求項９７に記載の処理セクション。
【請求項１０９】
前記制御手段は、前記タイミング信号を生成する単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように該単安定回路を制御するコントローラを備える、請求項１０８に記載の処理セクション。
【請求項１１０】
前記第１素子と第２素子は、前記第１素子により受信するべき最短波長音響信号の波長の４分の１より小さい距離だけ離れる、請求項９７に記載の処理セクション。
【請求項１１１】
前記前方素子のそれぞれは、それらのそれぞれの素子により受信するべき最短波長の４分の１波長より小さい距離だけ、前記後方素子から離間される、請求項１１０に記載の処理セクション。
【請求項１１２】
第１マイクロフォン素子と、
前記第１素子から離間した少なくとも１つの第２マイクロフォン素子と、
前記素子の付近で気温を検出する温度検出手段とを有し、ここで、前記素子の出力を、前記素子のうちの１つから前記素子のうちの別の１つまでの音波の伝搬に基づいて前記マイクロフォンにより受信される音波の指向性を求めるために処理することが可能であり、前記気温検出手段の出力を、温度と、温度の変化に起因する空気中の音波の速度の変化とに基づいて処理を調節するために使用することが可能である、指向性マイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は指向性マイクロフォンに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在のマイクロフォン技術は多くの制限を有する。マイクロフォンは、録音または増幅される信号に最も多くの歪みを付加するとみなされるため、ハイファイシステムにおける最も弱いリンクである。スタジオおよび映画プロダクションもまたマイクロフォンの使用法により制約を受ける。一般に、マイクロフォンは、周囲からの不要な音のピックアップを最小にするために、対象の近くに配置される必要がある。これは視覚的に撮影の支障となる。有効なピックアップ範囲は限定されているため、静粛な環境での遠距離配置もまた問題となり得る。ライブインタビューのようなスタジオ外放送は、上記の制限を受けることに加えて、より一層高いレベルの多様な不所望の音の音源から悪影響を受け、その不所望の音はマイクロフォンによって受信され、したがってマイクロフォンが受信するべき必要な音響信号とともに送信されるおそれがある。
【０００３】
指向性マイクロフォンについてのもう１つの主要な問題点は音色（すなわち、マイクロフォンの周波数応答）である。マイクロフォンを一方の側に向けることは周波数応答を変化させ、したがってマイクロフォンによって録音される人の音声を歪ませ得る。
【０００４】
ほとんどの通常のマイクロフォンは、静電膜によって動作するエレクトレットコンデンサマイクロフォンか、または可動コイルによって動作するダイナミックマイクロフォンのいずれかである。エレクトレットマイクロフォンは、最も一般的に使用されるプロ向けのマイクロフォンである。マイクロフォンはいくつかの重要な特性、すなわち感度、周波数応答（音色）および指向性ピックアップパターン（極図式）を有する。感度および周波数応答の双方は一般に、エレクトレットマイクロフォンによって満たされる。ピックアップパターン（すなわち極図式）とは、相異なる方向からやって来る音に対する感度および周波数応答を指す。利用可能なピックアップパターンは、すべてのマイクロフォンに共通であり、基本的に次の４つのタイプがある：
全指向性。これは、全方向に一様な応答を提供し、一般に優れた音色を提供する。
【０００５】
８の字形。これは、前および後ろからの音をピックアップするべきものであり、より高い周波数では良好な音色を有するが、低い周波数では不良な音色を有する。
【０００６】
カージオイド。これは、おおよそ半円からの音をピックアップするべきものであり、より高い周波数では良好な音色を有するが、低い周波数では不良な音色を有する。
【０００７】
ショットガン。例えば６０〜１２０°の角度からの音をピックアップするべきものであり、一般に悪い音色を有する。
【０００８】
ショットガン応答は、６０〜１２０°の弧の概ね前方のピックアップパターンを有し、より低い周波数で応答が全指向性に向かうと、ピックアップパターンは非常に歪む。このタイプのマイクロフォンは一般に、群衆中でのインタビュー中および公開または屋外エリアのようなノイズの多い場所で音声を録音するために使用される。プロ向けの録音、特に音楽および映画作品には不適当である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、指向性マイクロフォンの性能を改善することである。
【００１０】
本発明は、指向性マイクロフォンを提供する。この指向性マイクロフォンは、
音波を電気オーディオ信号に変換する少なくとも２個の離間したマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイと、
それらのマイクロフォン素子から電気信号を受信する処理セクションとを有し、該処理セクションは：
素子のうちの１つにおける音波の到来を検出する検出手段と、当該の１つの素子から別の素子までの音波の伝搬時間に基づいて電気信号を出力側から送出することを選択的に可能にする方向識別手段とを有する。
【００１１】
１つの素子から別の素子までの伝搬時間に基づいて信号が出力を通ることを選択的に可能にすることにより、所定の方向から伝搬する信号のみを出力側に送出できる。その理由は、同じ周波数の音波が相異なる方向から伝搬する場合、その波が前記１つの素子から前記別の素子まで伝わる伝搬時間は相異なるものとなり、その結果、その信号を阻止することが可能となるからである。したがって、マイクロフォンによって処理される所定の方向からの信号のみにより、該信号の対応するオーディオ信号が出力側から送出される。
【００１２】
方向識別手段は、前記１つの素子から前記別の素子までの波の伝搬時間および音波の周波数の双方に基づいて、電気信号を出力側から送出することを選択的に可能にするのが望ましい。
【００１３】
検出手段は、前記１つの素子によって検出されたオーディオ信号のゼロ交差を検出するゼロ交差検出器を備える。そのオーディオ信号は、前記１つの素子によって受信され、さらに電気信号に変換された音波に対応するのが望ましい。
【００１４】
方向識別手段は、検出手段に応答してタイミング信号を出力するタイミング手段と、前記別の素子に結合されタイミング信号を受信するスイッチとを有する。スイッチは、タイミング信号を受信すると、電気オーディオ信号を前記別の素子から出力側から送出できるように作動可能である。タイミング信号の持続時間は、３次元の弧の角度を規定する時間帯域に依存し、さらに、タイミング信号の持続時間は前記１つの素子から前記別の素子までの音波の伝搬期間を規定するものであり、前記の３次元の弧の角度にわたり、電気信号を出力側から送出するように音波がマイクロフォンにより受信されマイクロフォンにより処理されるものである。
【００１５】
方向識別手段は、電気信号を所定の帯域幅に制限するために電気信号をフィルタリングするフィルタ手段を有するのが望ましい。
【００１６】
信号タイミング手段は、検出手段に接続された１対の単安定回路（ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ）を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間がタイミング信号の持続時間を規定するのが望ましい。
【００１７】
単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、単安定回路が双方ともハイ信号を提供するとき、ＡＮＤゲートは単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所望の持続時間の前記タイミング信号を提供するのが望ましい。
【００１８】
ＡＮＤゲートはＤ型フリップフロップに接続されており、それにより、タイミング信号がフリップフロップにより受信されると共に電気信号が前記別の素子により受信されると、フリップフロップは、極性においてタイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される電気信号のちょうど半波長を超える持続時間を有する出力を生成するように制御され、フリップフロップの出力はスイッチに接続され、前記別の素子により生成される電気信号を出力側に供給することを可能にするようにスイッチを制御するのが望ましい。
【００１９】
所定帯域内の周波数のみがスイッチに送信されるように、第１のフィルタと実質的に同一の第２のフィルタがスイッチと前記別の素子の間に設けられるのが望ましい。
【００２０】
音波が前記別の素子で受信されるときにフリップフロップをトリガするために、第２のゼロ交差検出器が第２のフィルタに接続される。その結果そのときに、信号がタイミング信号により設定される期間内に到来した場合にスイッチは作動し、その結果前記別の素子により生成される電気信号をスイッチ手段により出力側から送出することが許容されるのが望ましい。
【００２１】
本発明の一実施形態では、処理セクションは、複数の前記検出手段および方向識別手段からなる処理アレイを有し、それぞれが所定周波数の音波に対応する電気信号を検出し送出する。
【００２２】
この実施形態では、アレイ内のそれぞれの処理セクションの１つまたは複数のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する。
【００２３】
本発明の一実施形態では、前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、それぞれの前方素子はそれぞれの前記処理アレイに接続され、それぞれの処理アレイは、前記後方素子と、処理アレイからの出力をミクシングしてオーディオ出力信号を提供するオーディオミクサとの双方に接続される。
【００２４】
複数の前方素子は後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、それぞれの素子は実質的に直線上にあるのが望ましい。
【００２５】
方向識別手段は、タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記の３次元の弧の角度にわたり、音響信号を受信し処理して電気信号を出力側から送出できるのが望ましい。
【００２６】
制御手段は、前記タイミング信号を生成する単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように単安定回路を制御するコントローラを備えるのが望ましい。
【００２７】
また、本発明は、指向性マイクロフォンを提供し、この指向性マイクロフォンは、
マイクロフォンにより受信される音波を電気オーディオ信号にそれぞれ変換する少なくとも２個のマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイと、
マイクロフォン素子からオーディオ電気信号を受信し、所定の位相差の範囲内に入る位相差を有する信号を出力側に供給できるようにする処理手段とを有し、前記位相差の範囲は、音波の３次元の弧の角度をセットするものであり、該３次元の弧の角度にわたり入射する音波は、出力側から出力信号を送出するようにマイクロフォンにより受信されマイクロフォンにより処理される。。
【００２８】
こうして、位相差の範囲を選択することにより、有効な３次元の弧の角度、したがってマイクロフォンの指向性を制御でき、その結果、弧のその範囲内に放射する信号がマイクロフォンからの出力を提供するためにマイクロフォンにより処理されるようになる。
【００２９】
一実施形態では、処理手段は、
音波が１つの素子により検出されていることを示す第１出力を提供する第１回路手段と、
第１回路手段の出力に応答してタイミング信号を提供する第２回路手段と、
別の素子に結合され、別の素子により生成されるオーディオ信号を出力へ選択的にスイッチングするスイッチ手段を有する第３回路手段と、
前記別の素子における音波の到来を示す第２出力を提供する第４回路手段と、
第２および第４回路に結合され、第４回路からの出力およびタイミング信号に応答して、タイミング信号の持続時間中、第２出力信号の受信直後に、前記別の素子からのオーディオ信号がスイッチ手段により出力側から送出されるようにスイッチを作動させるスイッチ制御回路とを有する。
【００３０】
第２回路は、検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間がタイミング信号の持続時間を規定するのが望ましい。
【００３１】
単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、その結果単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、ＡＮＤゲートは単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を提供するのが望ましい。
【００３２】
ＡＮＤゲートはＤ型フリップフロップを含むスイッチ回路に接続され、タイミング信号および第２出力の双方がフリップフロップにより受信されると、フリップフロップは、極性においてタイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される電気オーディオ信号のちょうど半波長を超える持続時間を有する出力を生成し、フリップフロップの出力はスイッチに接続され、前記別の素子により生成される電気信号を出力側に供給できるようにスイッチを制御するのが望ましい。
【００３３】
所定帯域内の周波数のみがスイッチに送信されるように、第１のフィルタと実質的に同一の第２のフィルタが第３回路と前記別の素子の間に設けられるのが望ましい。
【００３４】
第４回路は、音波が前記別の素子で受信されると、フリップフロップをトリガするゼロ交差検出器であり、そのときに、信号がタイミング信号によりセットされる期間内に到来した場合にスイッチは作動し、前記別の素子により生成される電気信号はスイッチ手段により出力側から送出されることが許容されるのが望ましい。
【００３５】
本発明の一実施形態では、処理手段は、複数の前記検出手段および方向識別手段からなる処理アレイを有し、それぞれが所定周波数の音波に対応する電気信号を検出し送出するものである。
【００３６】
この実施形態では、アレイ内のそれぞれの方向識別手段の１つまたは複数のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する。
【００３７】
本発明の一実施形態では、前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、それぞれの前方素子はそれぞれの前記処理アレイに接続され、それぞれの処理アレイは、前記後方素子と、処理アレイからの出力をミクシングしてオーディオ出力信号を提供するオーディオミクサとの双方に接続される。
【００３８】
複数の前方素子は後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、それぞれの素子は実質的に直線上にあるのが望ましい。
【００３９】
第２回路は、タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記の３次元の弧の角度にわたり、音響信号を受信し処理して電気信号を出力側から送出できるのが望ましい。
【００４０】
制御手段は、前記タイミング信号を生成する単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように単安定回路を制御するコントローラを備えるのが望ましい。
【００４１】
またさらに、本発明は、指向性マイクロフォンを提供し、この指向性マイクロフォンは、
音波を電気オーディオ信号にそれぞれ変換する少なくとも２個のマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイと、
第１の素子に結合され、第１の素子からオーディオ信号を受信し、第１の素子による音波の受信を示す第１出力を提供する第１回路と、
第１回路からの出力を受信し、第１の素子から別の素子までの音波の伝搬のための機会ウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ ｏｆ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ）を提供する所定期間を示すタイミング信号を生成する第２回路と、
別の素子からの出力オーディオ信号を受信し、前記別の素子による音波の受信を示す第２出力を提供する第３回路と、
第２および第３回路に接続され、第２回路により提供されるタイミング信号の持続時間中の第２出力に応答してスイッチ制御信号を提供する第４回路と、
前記別の素子に結合され、前記別の素子により生成されるオーディオ信号を受信し、また第４回路にも接続され、第４回路からスイッチ制御信号を受信し前記別の素子からのオーディオ信号を出力側へスイッチングするスイッチ手段とを有する。
【００４２】
第２回路は、検出手段に接続された１対の単安定回路を有し、一方の単安定回路は第１の持続時間の負のパルスを出力し、他方の単安定回路はより長い第２の持続時間の正のパルスを出力し、正の持続時間の共通期間がタイミング信号の持続時間を規定するのが望ましい。
【００４３】
単安定回路はＡＮＤゲートに接続され、単安定回路が双方ともハイ信号を提供すると、ＡＮＤゲートは単安定回路により生成されるハイ信号の重なりに対応するハイ信号を生成することにより、所要の持続時間の前記タイミング信号を提供するのが望ましい。
【００４４】
第４回路はＤ型フリップフロップでありＡＮＤゲートは該フリップフロップに接続されており、タイミング信号がフリップフロップにより受信され電気信号が前記別の素子により受信されると、フリップフロップは、極性においてタイミング信号に対応するとともに前記別の素子により生成される電気オーディオ信号のちょうど半波長を超える持続時間を有する出力を生成するように制御され、フリップフロップの出力はスイッチに接続され、前記別の素子により生成される電気信号を出力側に供給できるようにスイッチを制御する。
【００４５】
第１回路は、オーディオ信号を信号の所定の周波数帯域幅に制限する第１フィルタを有するのが望ましい。
【００４６】
第３回路は、第１フィルタと実質的に同一の第２フィルタを有し、該第２フィルタは、所定帯域内の周波数のみがスイッチに送信されるように、スイッチ手段と前記別の素子の間に設けられるのが望ましい。
【００４７】
第３回路は、音波が前記別の素子で受信されるときにフリップフロップをトリガするために第２フィルタに接続された第２ゼロ交差検出器を有し、したがってそのときに、信号がタイミング信号により設定される期間内に到来した場合にスイッチは作動し、前記別の素子により生成される電気信号はスイッチ手段により出力側から送出されることが許容されるのが望ましい。
【００４８】
本発明の一実施形態では、複数の前記第１回路、第２回路、第３回路、第４回路およびスイッチ手段からなる処理アレイが設けられる。
【００４９】
この実施形態では、アレイ内のそれぞれの第１回路および第３回路の１つまたは複数のフィルタは、オーディオスペクトルの所望の幅にわたり相異なる周波数の帯域幅を提供する。
【００５０】
本発明の一実施形態では、前記１つの素子は、前方素子を含む複数の素子のうちの１つであり、前記別の素子は後方素子を含み、マイクロフォンは複数の前記処理アレイを有し、それぞれの前方素子はそれぞれの前記処理アレイに接続され、それぞれの処理アレイは、前記後方素子と、処理アレイからの出力をミクシングしてオーディオ出力信号を提供するオーディオミクサとの双方に接続される。
【００５１】
複数の前方素子は後方素子から相異なる距離だけ、かつ順次大きくなる距離だけ離間され、それぞれの素子は実質的に直線上にあるのが望ましい。
【００５２】
第２回路は、タイミング信号の持続時間を変化させることにより３次元の弧の角度を変化させる制御手段を有し、前記３次元の弧の角度にわたり、音響信号を受信し処理して電気信号を出力側から送出できるのが望ましい。
【００５３】
制御手段は、前記タイミング信号を生成する単安定回路からの信号の重なりのタイミングを変化させるように単安定回路を制御するコントローラを備えるのが望ましい。
【００５４】
第１素子と第２素子は、第１素子により受信するべき最短波長音響信号の波長の４分の１より小さい距離だけ離れるのが望ましい。
【００５５】
それぞれの前方素子は、それらのそれぞれの素子により受信するべき最短波長の４分の１波長より小さい距離だけ、後方素子から離間されるのが望ましい。
【００５６】
また、本発明は、
音波を電気オーディオ信号に変換する少なくとも２個の離間したマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイを有する指向性マイクロフォンのための処理セクションを提供し、
前記処理セクションは、素子から電気信号を受信するための入力と、
１つの素子における音波の到来を検出する検出手段と、
前記１つの素子から別の素子までの音波の伝搬時間に基づいて電気信号を出力側から送出することを選択的に可能にする方向識別手段とを有する。
【００５７】
またさらに、本発明は、マイクロフォンにより受信される音波を電気オーディオ信号にそれぞれ変換する少なくとも２個のマイクロフォン素子を含むマイクロフォンアレイを有する指向性マイクロフォンのための処理セクションを提供し、該処理セクションは、
マイクロフォンから電気オーディオ信号を受信する入力手段と、
所定の位相差の範囲内に入る位相差を有する信号が出力側に供給されることを可能にする処理手段とを有し、該位相差の範囲は、音波の３次元の弧の角度を設定するものであり、前記の３次元の弧の角度にわたり入射する音波を、出力側から出力信号を送出するためにマイクロフォンにより受信し処理セクションにより処理できる。
【００５８】
またさらに、本発明は、音波を電気オーディオ信号にそれぞれ変換する少なくとも２個のマイクロフォン素子を有するマイクロフォンアレイを含む指向性マイクロフォンのための処理セクションを提供し、該処理セクションは、
第１の素子に結合され、第１の素子からオーディオ信号を受信し、第１の素子による音波の受信を示す第１出力を提供する第１回路と、
第１回路からの出力を受信し、第１の素子から別の素子までの音波の伝搬のための機会ウィンドウを提供する所定期間を示すタイミング信号を生成する第２回路と、
別の素子からの出力オーディオ信号を受信し、該別の素子による音波の受信を示す第２出力を提供する第３回路と、
第２および第３回路に接続され、第２回路により提供されるタイミング信号の持続時間中の第２出力に応答してスイッチ制御信号を提供する第４回路と、
前記別の素子に結合され、前記別の素子により生成されるオーディオ信号を受信し、また第４回路にも接続され、第４回路からスイッチ制御信号を受信し前記別の素子からのオーディオ信号を出力側へスイッチングするスイッチ手段とを有する。
【００５９】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明の一実施形態によるマイクロフォンに入射する音波を示す。マイクロフォンは、複数のマイクロフォン素子を備えるマイクアレイ３によって表されている。この実施形態では、２個のマイクロフォン素子４および５が設けられている。マイクロフォン素子は、静電膜または可動コイル型デバイスのような、音波を電気オーディオ信号に変換する任意の適当なトランスデューサの形態のものでよい。
【００６０】
図１において、音源１から放射される音波２はマイクアレイ３により受信される。アレイ３は、マイクアレイ３の軸、すなわち素子４と５を結ぶ線が、波２の伝搬方向と平行になるように配置される。換言すれば、マイクロフォンは、マイクロフォンの指向性軸を表す矢印６によって示されるように、音源１に直接向けられる。
【００６１】
図２は、マイクアレイ３に入射する音波を示す図である。音波は、周知のように、破線８により示される山および谷を有するとともに、ゼロ交差９も有する。すなわち、山は一方の向きにおける最大振幅を示し、谷は反対の向きにおける最大振幅を示し、ゼロ交差９は振幅ゼロである。
【００６２】
素子４と５の間の距離は、マイクロフォンが受信するべき最短波長の４分の１波長より小さい量である。
【００６３】
図１および図２から明らかなように、音波がマイクロフォンの軸の方向に伝搬している場合（その軸は矢印６により表される）、ゼロ交差点が前方素子５から後方素子４まで伝搬するのに要する距離は図２の距離１０により示され、これは軸６の方向における素子４と５の間の距離である。
【００６４】
図３は、図２と同様の例を示しているが、音波はマイクロフォンとある角度をなして伝搬している。この例では、ゼロ交差点が前方素子５から後方素子４まで伝搬するのに要する距離は図３の距離Ｘにより示され、これは図２の距離１０より小さい。
【００６５】
図４は、音波がマイクロフォンの軸と直角の方向に伝搬している場合を実質的に示している。この場合、ゼロ交差点が前方素子５から後方素子４まで伝搬する距離はゼロである。その理由は、ゼロ交差点（図４の番号９により示される）は素子４および５の双方に同時に入射するからである。
【００６６】
このように、素子４および５への波の入射角が、波がマイクロフォンの軸の方向に伝搬している図１および図２の状況から、図４に示されるようなマイクロフォンに垂直な方向へと変化するにつれて、ゼロ交差点が素子５から素子４まで伝搬するのに要する距離は減少する。したがって、ゼロ交差点が素子５から素子４まで伝搬するのにかかる時間もまた、いかなる所与の周波数に対しても減少する。なぜなら音波の伝搬速度は方向にかかわらず同じであろうからである。上で注意したように、これは、音波のゼロ交差点がまず前方素子５に入射してから後方素子４に入射するまで伝搬するのに要する距離は、マイクロフォン軸に対する音波のなす角が図１および図２の状況から図４の状況へと増大するにつれて減少するからである。音波がマイクロフォンの後方から放射されていると仮定される場合、図１〜図４に示した状況に対して相対的に見て、前方素子５から後方素子４まで伝搬する距離は実効的に負の距離であり、かかる時間は負の時間となる。
【００６７】
ゼロ交差点が前方素子５から後方素子４まで伝搬するのに要する距離の差は、波の位相で表現することができる。例えば、図２の状況では、位相差は実質的におよそ９０°である。その理由は、素子４と５の間隔は、音波の波長の４分の１よりほんのわずかに小さいからである。これは、検出器４と５で受信される波の間の位相差が常に０°と９０°の間にあることを保証する。
【００６８】
図５は、位相差と、音波がその伝播の際マイクロフォンの軸６に対してして成す角度との間の関係を示す。
【００６９】
図５のトレースＡからわかるように、図１および図２の場合のような角度ゼロでは、位相差は図２に表されているようにおよそ９０°である。図４の場合のような９０°では、位相差は０°であり、ゼロ交差点が素子４および５に同時に到来することを示す。したがって、適切な位相差の範囲を選択することによって、マイクロフォンの３次元の弧の角度、換言すれば前方開口（ｆｏｒｗａｒｄ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を選択することができる。例えば、図５を参照すると、図５に示されるように８０°と９０°の間の位相差範囲が選択される場合、３次元の弧の角度は、例えば−２０°から２０°までとなる。それにより、マイクロフォンの実効的な指向性の弧の角度は４０°となる。その範囲がおよそ９０°に限定される場合、実効的な弧の角度は０°であり、これは図１および図２において矢印６の方向に放射する音のみをマイクロフォンにより処理できることを意味する。したがって、実効的な弧の角度は、前方素子５および後方素子４によるゼロ交差点の受信の間の時間差に云いかえられる。所与の温度において空気中で、音波が前方素子５から後方素子４まで伝搬する時間に厳密に等しいタイミング差が時間ｔａのように提供される場合、これは上で参照した９０°の例に等価であり、軸６の方向から受信される放射のみがマイクロフォンにより処理されることになる。しかし、その時間にｔａ＋Δｔａ２または−Δｔａ１のような許容差あるいは範囲が与えられる場合、そこから音が受信されることが可能な角度の範囲は広がる。その範囲が大きいほど、明らかに角度も大きい。したがって、非常に精密な指向性に対してはΔｔａ１は非常に小さいが、あまり精密でない、より大きい３次元の弧の角度に対してはΔｔａ１はより大きい。これは、後で図７Ａを参照してさらに詳細に説明されるであろう。
【００７０】
図５のトレースＡは、図１および図２に示した第１周波数の波の状況を表す。図５において破線で示されるトレースＢは、より大きい波長すなわちより低い周波数の音波に対する状況を示す。理解されるように、より低い周波数の信号Ｂに対して同じ考え方が当てはまり、その周波数に対してマイクロフォンにより受信し処理するべき所望の３次元の弧の角度を提供するために適切な位相差角度を選択することによって、音を所定の方向に限定できる。
【００７１】
図６は、追加の前方素子１２および１３もまた含まれる本発明の第２実施形態を示す。したがってこの実施形態では、マイクロフォンアレイ３は後方素子４、ならびに前方素子５、１２および１３を有する。後方素子４から各素子５、１２または１３までの距離は、図６の矢印９、１４および１５により表されている。好ましくは、矢印９、１４および１５により示されるように、その距離は比例的に増大する。前方素子の個数を増やす理由は後で説明される。
【００７２】
図７は、本発明の第１実施形態によるブロック図である。図７を参照すると、マイクアレイ３は、後方素子４および前方素子５を有するように示されている。素子４および５は、素子４および５により生成される電気信号を増幅する増幅器１７および１８に接続されてもよい。
【００７３】
素子４および５は処理セクション１９に接続される。処理セクション１９は、増幅器１７を介して素子５に接続される第１バンドパスフィルタ２０と、増幅器１８を介して後方素子４に接続される第２の同一のフィルタ２１とを備える。バンドパスフィルタ２０およびバンドパスフィルタ２１は、素子４および５により検出される音波に応答してオーディオ周波数の狭い帯域幅を選択するために、狭い。したがって、フィルタ２０および２１の狭い帯域幅の周波数に対応する音波のみがフィルタ２０および２１を通過する。フィルタ２０は第１ゼロ交差検出器２３に接続される。検出器２３は１対の単安定回路２５および２６に接続される。単安定回路２５は、素子５により生成される電気オーディオ信号のゼロ交差に対応する音波のゼロ交差が素子５で生起するときに、検出器２３からの出力時に負極性のパルスを生成する。単安定回路２６は、素子５による音波のゼロ交差の検出に応答して、検出器２３からの出力の受信時に、より長い正極性のパルスを生成する。単安定回路２５および２６の出力はＡＮＤゲート２７に接続される。ＡＮＤゲート２７はＤ型フリップフロップ２８のＤ入力に接続される。バンドパスフィルタ２１は、ゼロ交差検出器２４に接続されるとともに、電子スイッチ２９にも接続される。ゼロ交差検出器２４はフリップフロップ２８のＣ入力に接続される。フリップフロップ２８の出力Ｑはスイッチ２９を制御するためにスイッチ２９に接続される。スイッチ２９は、バンドパスフィルタ２０および２１と同一である狭バンドパスフィルタ２２に接続される。
【００７４】
音響信号が前方素子５により検出されると、音響信号は素子５により電子形態に変換され、増幅器１７によりフィルタ２０に渡される。音響信号がフィルタ２０の帯域幅内にある場合、信号はゼロ交差検出器２３に送られる。ゼロ交差点が検出されるとすぐに、検出器２３は信号を単安定回路２５および２６に出力する。単安定回路２５および２６が信号を受信すると、単安定回路は、それらの正および負のパルスを出力する。
【００７５】
図７Ａに最もよく示されるように、単安定回路２５からの負のパルスは、単安定回路２６からの正のパルスより短い持続時間を有し、ＡＮＤゲート２７に供給される時間ｔ３−ｔ２のハイ信号の重なりを生じている。期間ｔ３−ｔ２に存在するハイ信号により、ＡＮＤゲート２７の出力はハイになり、このハイ信号がフリップフロップ２８の入力Ｄに印加される。
【００７６】
期間ｔ３−ｔ２は、音響信号が前方素子５から後方素子４まで伝搬することができる時間範囲を表し、この時間範囲では音響信号は、しかも後で説明するようにマイクロフォンにより受容される３次元の弧の角度内にあるとして受容できる。図７Ａに示されるように、時間ｔａは、０°の角度が受容される（すなわち軸６の方向の音波のみ）前述の時間を表し、一方−Δｔａ１および＋Δｔａ２は例えば−２０°と２０°の間の範囲を提供し、これはマイクロフォンにより受容できる４０°の３次元の弧を与える。明らかに、Δｔａ１を小さくすることによって、マイクロフォンにより受信される弧の角度は縮小し、したがってマイクロフォンの指向性の精度は増大する。ゼロ交差点が検出器２３により受信され出力が単安定回路２５および２６に供給される時刻ｔ１と、時刻ｔ２との間の時間は、マイクロフォンにより音信号を受信しその音信号を処理するための機会ウィンドウが開始する前に、音波が前方素子５から後方素子４に向かって伝搬するのにかかる時間を表す。期間ｔ３−ｔ２は、期間Δｔａ１を変化させながら期間Δｔａ２を実質的に一定に維持することによって調整される。全期間ｔａ−ｔ１は、好ましくは、期間ｔ２−ｔ１に比例するように常に維持される。時間ｔ２−ｔ１は開口のうち信号を取らない部分であり、Δｔａであるｔ３−ｔ２は、機会ウィンドウすなわち信号が受信され出力側に供給される期間である。時間Δｔａ２は、図７ＡではΔｔａ１と同じサイズとして示されているが、一般にはより一層小さく、コンポーネントの許容差の程度を表す。
【００７７】
こうして、素子４により受信され対応する電気オーディオ信号がフィルタ２１を通過する同じ周波数の同じ音波が、フリップフロップ２８の入力Ｃに出力を提供するように、ゼロ交差検出器２４をもトリガする。Ｃで入力が受信されると、Ｄにおける入力のステータスがＱに転送され、これが図７Ａに示されるような時間ｔ３−ｔ２における場合のように正である場合、出力は正であり、それによりスイッチ２９をトリガしてスイッチ２９を閉じる。こうして、フィルタ２１を通過する信号はそれゆえスイッチ２９を通ってフィルタ２２へ、したがって出力３０へ伝えることができる。こうして、マイクロフォンから出力される信号は、マイクロフォンの要求される３次元の弧の角度内で受信されている信号を示す出力３０における信号のみであり、それにより、選択され処理されることが要求される指向性信号のみが実際にマイクロフォンにより処理され、利用のために出力側に送信されることを保証する。
【００７８】
バンドパスフィルタ２２は、単安定回路２５および２６、ＡＮＤゲート２７ならびにフリップフロップ２８により受信される信号に応答してスイッチ２９のスイッチオンに起因して生じ得る小さいギャップを満たす際に特別の役割を果たす。いかなるフィルタも、ベルのリンギングに類した態様で短期間その出力をリンギングすなわち維持する固有の能力を有する。この効果は、マイクロフォンからの信号の拒絶により一瞬阻止された信号の欠落部分を再構成するために使用される。こうして、マイクロフォンにより生成される音は、明らかないかなる不連続性もない連続的な音となる。
【００７９】
図８は、図７の実施形態の発展形を示す。図７ではフィルタ２０、２１および２２の帯域幅によって提示されるような単一の帯域幅のみがマイクロフォンにより処理される。明らかに、実際には、広範囲の周波数がマイクロフォンにより扱われる必要があり、これを達成するため、処理回路１９は信号処理アレイ３１内で複数回実効的に２重化されている。図８に示されるそれぞれのプロセッサ１９は、それらのプロセッサのそれぞれに含まれていたフィルタ２０、２１および２２の帯域幅が異なり、累積されると広い帯域幅カバレジを提供することを除いては、図７を参照して示された構成と同一である。図８の例では、４個のプロセッサ１９のみがアレイ３１内に示されている。しかし、実際にははるかに多数が含まれるであろう。したがって、それぞれのプロセッサ１９は図７を参照して説明した態様で個別の帯域幅を有効に扱い、すべてのプロセッサ１９の出力がオーディオミクサ３２に供給され、オーディオミクサ３２はそれらの出力を受信し、出力をミクシングして最終出力信号３３を提供する。図８のぞれぞれのプロセッサ１９は、図７の実施形態の通り単安定回路２５および２６を備える。ただし、単安定回路２５および２６の出力持続時間は、それらのプロセッサ１９のそれぞれにおけるフィルタにより通過させるべき相異なる周波数に対応して相異なる。
【００８０】
図９は、図６の実施形態に適用可能なブロック図であり、図６に示したように、３個の前方素子が設けられ、後方素子４から距離９、１４および１５だけ離間される。
【００８１】
この実施形態では、素子４、５、１２および１３は増幅器１８、１７、３５および３６に接続され、増幅器からの出力は処理アレイ３１に接続される。理解されるように、後方素子４はそれぞれの処理回路３１に接続され、素子５、１２および１３は処理素子３１のうちの１つに接続される。
【００８２】
処理素子３１は、図８に示した素子３１と同じであり、多重の図７の処理回路１９から構成される。これらの素子は、図８および図７を参照して説明した素子３１および素子１９と全く同じ方式で作用する。しかし、それぞれのアレイ３１は、それぞれの素子５、１２または１３と素子４との間隔に対応する相異なるΔｔａ期間を有するであろう。この実施形態では、それぞれの処理回路３１は、相異なる波長すなわち周波数範囲を扱うべきものである。例えば、素子５に接続されているいちばん上の回路３１は、図８の素子３１と全く同じ方式で機能し比較的短い波長を扱い、素子１２に接続された後方素子４からはより一層大きい距離だけ離れている第２の回路３１はより一層長い波長を扱い、素子１３に接続されているいちばん下の回路３１はさらに長い波長を扱うことになる。回路３１は、出力３８を提供するためにミクサ３７に接続される。
【００８３】
図６および図９の実施形態の場合のように、複数の前方素子の使用により、ただ１つの前方素子が使用される実施形態よりもより一層容易に、より高い周波数を扱うことが可能となる。その理由は、より低い音周波数では位相差が非常に小さくなるため、後方素子４と前方素子５の間の単一距離でのゼロ交差の電子的弁別は信頼できなくなるからである。より多くの前方素子を使用することにより、より低い音周波数すなわちより大きい波長は、後方素子４とそれぞれの前方素子の間の間隔が大きくなるため、より一層良好に扱うことができる。
【００８４】
図１０は、マイクロフォンにより受信可能な３次元の弧の角度の極図式を示す。明らかに、図には２次元のみが示されているが、理解されるように、図７Ａにおいて時刻ｔ２とｔ３の間の適当な持続時間を選択することによって、マイクロフォンにより受信され送信される３次元の弧の角度を選択することができる。図１０に示される例では、マイクロフォンは、前方軸３９と、マイクロフォンにより受信され処理される３次元の弧の角度４０とを有する。領域４１に放射し領域４０外に外れる信号はマイクロフォンにより処理されず、したがって利用のために出力へ送信されない。
【００８５】
図１１は、図７の実施形態へのさらなる変更を示す。この実施形態では、処理セクション１９は、低レベル信号検出器４２および電子スイッチ４３からなるノイズゲートを有する。こうして、出力３０で受信される低レベル信号は検出器４２により検出され、検出器４２がスイッチ４３を開くことにより、出力信号３０が最終出力４４に送信されないようにしている。
【００８６】
この実施形態はまた、ユーザ調整可能な開口コントロール４５を含んでもよい。開口コントロール４５は、単安定回路２５および２６に接続されてそれらのタイミングを変化させることにより、マイクロフォンにより受信され処理される前方開口すなわち３次元の弧の角度（図１０に示される弧４０のような）の変化を可能にする。コントロール４５は、マイクロフォン３により受容され処理されることになる３次元の弧の角度を変化させるために、図７Ａに示した時間Δｔａ１、したがって時間間隔ｔ３−ｔ２を実効的に変化させる。こうして、マイクロフォンの指向性の度合いを、コントロール４５の制御により調整できる。
【００８７】
明らかに、図８および図９の実施形態におけるそれぞれの処理セクション１９は、図１１に含まれる変更を含むことも可能である。
図１２は、図８の実施形態のさらなる発展形を示す。図１２では、オーディオコンプレッサ４６が増幅器１７および１８と処理アレイ３１との間に挿入結合される。これは、固定の圧縮レベルによりノイズ低減を改善するものであり、さまざまなオーディオ信号処理段階に対する高いオーディオ信号レベルを生成し、それにより、オーディオ信号処理中に生成されるいかなるノイズも、その後オーディオ信号をその適正な形態に復元する固定の圧縮解除レベルのオーディオデコンプレッサ４７によって低減される。
もう１つの変更は、オーディオ圧縮の選択されたレベルを最終出力５３における処理済み出力に送出するための、ユーザ調整可能な自動利得制御５０を含む。
【００８８】
もう１つの変更は、ユーザ調整可能なアンビエンスコントロールを提供する。これによれば、ローパスオーディオフィルタ４８の後に音量コントロール４９が続き、その出力がオーディオミクサ３２に供給される。
【００８９】
もう１つの変更は、ユーザ調整可能なトーンコントロール５１を提供する。これにより、バスコントロールまたはトレブルコントロールのようなオーディオ機能が可能となる。最後に、さらなる改善は、ユーザ調整可能なオーディオ増幅器５２を提供する。これは、バランスされた処理済みオーディオ出力５３を追加的に提供する音量コントロールとして作用する。
【００９０】
図１３、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃおよび図１３Ｄは、先の実施形態でのようにハードウェアコンポーネントによる信号の処理ではなく、信号のソフトウェア制御処理を含む、本発明の実施形態である。
【００９１】
図１３を参照すると、双方の実施形態で使用される処理システムが示されている。この実施形態では、後方素子５４は前述の後方素子４に対応し、前方素子５５（図示の例では３個）は素子５、１２および１３に対応する。素子５４〜５５は増幅器５６に接続され、増幅器５６の出力はそれぞれアナログ−ディジタル変換器５７に接続される。アナログ−ディジタル変換器はマイクロプロセッサ５８に接続され、マイクロプロセッサ５８は後で説明するようなすべての信号処理を実行する。プロセッサ５８の出力はディジタル−アナログ変換器５９に接続され、変換器５９の出力は増幅器６０に接続され、増幅された出力６１を提供する。
【００９２】
図１３Ａは、ソフトウェア具現化された一実施形態によるプロセッサ５８の例であり、この図に示されるブロックは、プロセッサ５８により具現化される処理プロトコルを表す。図１３Ａに示される複数のモジュールはプロセッサ５８に含まれ、モジュールは有限インパルス応答または無限インパルス応答フィルタ９０および９１を含む。フィルタ９０への入力は素子５４からであり、図１３Ａでは符号８８により表され、他の前方素子５５のうちの１つからの入力はフィルタ９１への入力８９により表される。フィルタ９０および９１は位相プロセッサ９０２に接続され、それはスイッチ９３を制御する。スイッチ９３は、もう１つの有限インパルス応答または無限インパルス応答９４に接続され、出力９５を提供する。
【００９３】
図１３Ｂには、第２の実施形態が示されており、素子５４と、前方素子５５の１つとにそれぞれ対応する入力９６および９７が、それぞれ高速フーリエ変換プロセッサ９８および９９に結合されている。高速フーリエ変換プロセッサ９８および９９は位相処理セクション１００に接続される。セクション１００の出力は逆高速フーリエ変換プロセッサ１０１に接続され、プロセッサ１０１の出力はオプションの出力処理回路１０２に接続され、出力１０３を提供する。
【００９４】
図１３Ｃを参照すると、図１３および図１３Ａのソフトウェア制御処理の動作の流れ図が示されている。理解されるように、プログラムはステップ１１５から開始される。ステップ１１６で、プロセッサ５８により受信された信号のサンプルが取得され、ステップ１１７で、信号のサンプルはフィルタ９０および９１を通される。ステップ１１８で、チャネル１でゼロ交差が発生したかどうかについての判定がなされる。それは、前方素子５５のうちの１つから受信される信号に対応する。判定結果がＹＥＳである場合、プロセスはステップ１１９に進み、ソフトウェア制御タイマがトリガされ、実効的に、オーディオ信号が後方素子５４により受信されることが可能な機会ウィンドウである時間をセットする。ステップ１２０で、ソフトウェアはチャネル２でゼロ交差を探索する。それは後方素子５４から受信されている信号を識別判定する。判定結果がＹＥＳである場合、プロセスはステップ１２１に進み、そのゼロ交差がソフトウェアタイマのトリガによってセットされた時間ウィンドウ内に入るかどうかの判定がなされる。判定結果がＹＥＳである場合、プログラムはステップ１２２に進み、イネーブルフラグを１にセットする。判定結果がＮＯである場合には、ステップ１２３でイネーブルフラグがクリアされる。
【００９５】
ステップ１２４で、フラグの設定について判定がなされ、フラグが１にセットされている場合、ステップ１２５に従ってチャネル２の出力が供給される。判定結果がＮＯである場合、出力はゼロにセットされ、したがって結局、ゼロ出力が供給されることにより、信号を阻止あるいは消去する。というのは、それは時間ウィンドウ内に入らなかったとステップ１２１で判定されたからである。これは実質的に、図１３Ａに示したスイッチ９３の機能を提供する。次にステップ１２７で、信号は出力フィルタ９４を通され、その信号は、図１３のプロセッサ５８から項目９５で特定されるように出力され、図１３に示したディジタル−アナログ変換器５９に送られる。
【００９６】
次にステップ１２８で、ソフトウェア制御プロセスはステップ１１６に戻り、前方素子５５および後方素子５４から図１３の８８および８９に提供される新しい信号のサンプルが再び上記の要領で処理される。
【００９７】
こうして、本発明のソフトウェア具現化では、理解されるように、プロセスは信号のタイミングと、後方素子５４における所定の機会ウィンドウ内の信号の到来とに作用し、このことが生起すると、信号はディジタル形式への変換のためにプロセッサ５８の出力側に提供され、次に増幅のために増幅器６０に送られて、出力６１を提供する。
【００９８】
図１３Ｄは、図１３Ｂの実施形態の具現化を説明する流れ図であり、どの信号が出力側に供給されるべきかを判定するために信号の高速フーリエ変換を使用する。プロセスはステップ１０４で開始され、ステップ１０５で、後方素子５４と、前方素子５５の１つとに対応する双方のチャネル９６および９７上で高速フーリエ変換が実行される。ステップ１０５で、複素高速フーリエ変換が複素数を生成し、これが位相値および大きさを与える極回転に変換される。ステップ１０６で、各チャネルにおける変換された信号の第１サンプル点のサンプルが形成され、したがってそのサンプル点の位相および振幅が取得され、それらのサンプル点の位相が所定範囲内にあるかどうかについて判定がなされる。判定結果がＮＯである場合、ステップ１１０でサンプルＮの大きさがゼロにセットされる。判定結果がＹＥＳである場合、ステップ１０８でＮのカウントが１だけインクリメントされ、ステップ１０９で、高速フーリエ変換信号のすべてのサンプル点が考慮されたかどうかについて判定がなされる。判定結果がＮＯである場合、プロセスはステップ１０７に戻り、続いて次のサンプル点が考慮される。サンプリングと、位相が所定範囲内にあるかどうかの判定は、高速フーリエ変換信号のＮ個のすべてのサンプル点が上記のように処理されるまで、ステップ１０７〜１０９をループして継続する。ステップ１０９で、すべてのサンプル点が処理されたと判定されると、高速フーリエ変換信号の出力が提供される。当該位相範囲内に入らないサンプル点の大きさはゼロにセットされ、その範囲内に入るその他の点は変更されない。
【００９９】
ステップ１１１で、図１３Ｂの要素１０１により追加的処理を実行できる。この追加的処理は、等化、ノイズ消去などを含むことが可能であり、そこでサンプル点はさらに大きさゼロに低減されるか、または所定のプロトコルに従って変更される。ステップ１１２で、逆高速フーリエ変換が実行され、ステップ１１３で、追加フィルタリング、アンビエンス調整等のような追加的処理をさらに実行することが可能であり、続いて出力が図１３Ｂの出力１０３として提供される。これは、本発明のこの実施形態におけるプロセッサ５８の出力を含むことになる。その信号はディジタル−アナログ変換器５９により受信され、増幅器６０に供給するためにアナログ形式に変換されて、出力６１を提供する。
【０１００】
ステップ１１４で、ソフトウェアルーチンは単にステップ１０５に戻り、後方素子５４と、前方素子５５の１つとから入って来る信号の分析を継続する。
【０１０１】
明らかに、図１３、図１３Ａおよび図１３Ｂの実施形態によるマイクロフォンの指向性は、図１３Ａの場合には、トリガソフトウェアタイマおよびそのタイマの持続時間によって設定され、図１３Ｂの実施形態では、ステップ１０７で設定される位相差範囲により設定される。これらの値を、分析するべき周波数に応じて設定することが可能である。
【０１０２】
先の実施形態の場合と同様に、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して説明したモジュールが複数個、プロセッサ５８に含まれ、それぞれのモジュールが素子５４、増幅器５６およびアナログ−ディジタル変換器５７からの出力を受信するとともに、素子５５の１つ、それに関連する増幅器５６およびそれに関連するアナログ−ディジタル変換器５７からの出力の１つをも受信することになる。
【０１０３】
図１４および図１５は、本発明の実際的実施形態を示す。マイクロフォンは、後方素子６６および前方素子６７を含むプリント回路ボード６５を収容する。素子６６および６７は、キャビティ６８内に支持され、回路ボード６５を収容するために支持管６９を設けてもよい。管６９および回路ボード６５は、弾力性のあるＯリング７１により回路ボードノッチ７０上に支持され、Ｏリング７１は保護ケージ７３内のフック７２に取り付けられる。カバー７４がケージ７３を覆ってもよく、また保護ケージ７３をハンドグリップ７５に取り付けてもよい。ハンドグリップ７５は、キャビティ７６と、ケーブル７９に接合可能なコネクタ７８を取り付けるためのねじ取付台７７とを有する。そしてケーブル７９はハウジング８１のコネクタ８０に接合可能であり、ハウジング８１には、前述の処理回路が含まれることが可能であり、それはブロック８２により例示されている。出力コネクタ８３および制御パネル８４もまたハウジング８１に取り付けできる。ハウジング８１はバッテリパック８５を含むことが可能であり、ハウジング８１は運搬用ストラップ８７により、またはベルトクリップ８６により支持され得る。
【０１０４】
温度はマイクロフォンの環境で伝搬する音波の速度を変える可能性がある。温度補償を提供するため、温度センサ２００が素子４、５、１２および１３（ならびに図１３を参照して説明した対応する素子５４および５５）の近くに取り付けられ、温度依存信号をプロセッサ２０１（図７を参照）に出力し、温度に依存して、単安定回路２５および２６で設定される期間Δｔａ１（またはプロセッサ５８内の時間カウントもしくは位相範囲）により、したがって空気の温度変化に基づき、前方素子と後方素子の間で所与の周波数の音波の相異なる速度に対しての調節を行わせる。こうして、温度が変化すると、その温度における空気を通る音波の速度の変化を補償するように、期間または位相差によって設定される機会ウィンドウが自動的に調整される。
【０１０５】
本発明のすべての実施形態に含まれる重要な事項は、図１４および図１５に記載されており、温度補償要素である。
【０１０６】
さらなる実施形態（図示せず）では、フィルタに対するフィードバック回路を具現化し、制御回路を用いてフィードバックの量を制御することにより、フィルタリンギングを音源に応じて適応的に制御できる。
【０１０７】
さらに、同じシステムを、ＦＦＴバージョン上で、周波数の大きさをピーク検出し可変減衰率付きの指数関数的減衰を使用することにより具現化できる。
【０１０８】
入来信号をモニタリングすることにより、制御システムはリンギングを変形修整して音質を改善することができる。
【０１０９】
さらに、所定の周波数における大きさの平均値を取り、これを用いてその周波数における「ノイズフロア」を生成することにより、システムはこのレベルより低いすべての信号を除去すること、すなわち適応的環境ノイズ処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるマイクロフォンに入射する、音源からの音波を示す図である。
【図２】本発明の原理または好ましい実施形態を説明できるように山と谷を有する音波に関して表示したことを除いては、図１と同じ図を示す。
【図３】異なる方向からマイクロフォンに到来する音波を示すことを除いては図２と同様の図である。
【図４】マイクロフォンの軸に垂直な方向から到来する音波を示す、同じく図２と同様の図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による、マイクロフォンにさまざまな角度で入射する音波の位相関係を示す。
【図６】本発明の第２実施形態によるマイクロフォンの図を示す。
【図７】本発明の一実施形態によるマイクロフォンのブロック図である。
【図７Ａ】タイミング信号を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態によるブロック図である。
【図９】図６の実施形態に適用可能なブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるマイクロフォンの振幅応答の極図式の例を示す。
【図１１】ノイズ低減システムの変形例およびマイクロフォンの指向性の度合を選択するためのコントロールを含む、図７の実施形態を示す。
【図１２】本発明の一実施形態のさらなる発展形を示す。
【図１３】前の実施形態で使用されているようなハードウェアコンポーネントではなく、ソフトウェア制御された信号処理を利用する第２実施形態のブロック図である。
【図１３Ａ】図１のシステムの一部のブロック図である。
【図１３Ｂ】第２のソフトウェア処理システムによるブロック図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａの実施形態の動作を説明する流れ図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｂの実施形態の動作を説明する流れ図である。
【図１４】本発明の一実施形態による指向性マイクロフォンの例を示す。
【図１５】図１４の実施形態の断面図である。
【図５】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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