(57)【要約】  改良された指向特性を持ったマイクロホン装置が提案される。マイクロホン装置には、少なくとも２つのマイクロホン（１００、１０２）および信号処理装置（１０５）が備えられる。信号処理装置には、少なくとも２つのマイクロホンのマイクロホン信号を受信するための第１（１０８）および第２入力（１０９）が備えられる。入力（１０８、１０９）は、第１（１１０）および第２（１１１）乗算回路の信号入力に連結される。これらの乗算回路には、対応する第１および第２制御信号を受信するための制御入力、および、信号出力が備えられる。制御信号発生器（１１２）は、乗算回路（１１０、１１１）のための第１および第２制御信号を生成するために備えられる。第１および第２乗算回路の出力にそれぞれ連結された第１および第２入力を有し、且つ、出力を有する出力補正された総和用の装置（１１４）が備えられる。信号結合回路（１１６）には、出力補正総和装置（１１４）の出力に連結された第１入力（１１７）と、少なくとも２つのマイクロホンのうちの１つ（１０２）に連結された第２入力（１１８）と、結合回路（１１６）の出力（１２０）に連結された出力（１１９）とが備えられる。第１乗算回路（１１０）は、第１制御信号の影響下にて、自身の入力に適用された信号を乗算係数Ａ＊（１−ｇ）１／２によって乗算するように適合されている。第２乗算回路（１１１）は、第２制御信号の影響下にて、自身の入力に適用された信号を乗算係数Ｂ＊ｇ１／２によって乗算するように適合されている。乗算係数ｇは周波数依存性（ｇ［ｆ］）であり、ＡおよびＢは定数値であって、それらの絶対値は好ましくは１に等しい。さらにＡ＝Ｂ、あるいは、Ａ＝−Ｂが当てはまる（図１）。好ましくは、第１周波数値よりも低い場合は、乗算係数ｇ［ｆ］は、周波数が増大するに連れて、より小さな値を有する。第１周波数値より小さな第２周波数値よりも低い場合は、ｇ［ｆ］は定数値（Ｖ）であり、好ましくはゼロに等しい（図２ａ）。これにより、増大した周波数範囲にわたって所望の指向特性を示すマイクロホン装置が得られる。
2016507172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのマイクロホンと、前記少なくとも２つのマイクロホンのマイクロホン信号から仮想マイクロホン信号を導出する信号処理装置とを備え、
前記信号処理装置は、
前記少なくとも２つのマイクロホンの前記マイクロホン信号を受信する第１および第２入力と、
前記信号処理装置の前記第１および第２入力にそれぞれ連結された信号入力と、対応する第１および第２制御信号をそれぞれ受信する制御入力と、信号出力と、を有する第１および第２乗算回路と、
前記第１および第２制御信号を生成する制御信号発生器と、
前記第１および第２乗算回路の前記信号出力にそれぞれ連結された第１および第２入力と、出力と、を有する出力補正総和装置であって、自身の第１および第２入力に提供される前記信号の出力補正された総和用であって、出力補正された総和全信号を前記出力に提供する出力補正総和装置と、
前記出力補正総和装置の前記出力に連結された第１入力と、前記少なくとも２つのマイクロホンの１つに連結された第２入力と、前記信号処理装置の出力に連結された出力と、を有する信号結合装置と、
を備え、
前記第１乗算回路は、前記第１制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ａ・（１−ｇ）１／２によって乗算し、前記第２乗算回路は、前記第２制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ｂ・ｇ１／２によって乗算し、ｇは周波数に依存し（ｇ［ｆ］）、ＡおよびＢは定数値であり、ＡおよびＢの絶対値は、好ましくは１に等しく、さらにＡ＝ＢまたはＡ＝−Ｂが当てはまる、マイクロホン装置。
【請求項２】
第１周波数値よりも低い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、より小さな値を有する、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項３】
前記第１周波数値よりも低い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、連続的に値が減少する、請求項２に記載のマイクロホン装置。
【請求項４】
前記第１周波数値より小さな第２周波数値よりも低い周波数において、前記乗算係数ｇ［ｆ］は定数値を有する、請求項２または請求項３に記載のマイクロホン装置。
【請求項５】
前記定数値は１に等しい、請求項４に記載のマイクロホン装置。
【請求項６】
前記第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は定数値を有し、好ましくはゼロに等しい、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項７】
Ａ＝−Ｂである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項８】
第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、より大きな値を有する、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項９】
前記第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、連続的に値が増大する、請求項８に記載のマイクロホン装置。
【請求項１０】
前記第１周波数値よりも低い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は定数値を有し、好ましくはゼロに等しい、請求項８または請求項９に記載のマイクロホン装置。
【請求項１１】
Ａ＝Ｂである、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１２】
前記第１周波数値よりも低い周波数値においてはＡ＝−Ｂであり、前記第１周波数値よりも高い周波数値においてはＡ＝Ｂである、請求項２から請求項５のいずれか１項および請求項８または請求項９に記載のマイクロホン装置。
【請求項１３】
前記周波数の関数としての前記乗算係数ｇ［ｆ］の進行の立上りまたは立下り部分は、双曲線型の挙動を示す、請求項２、３、８、９のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１４】
前記信号処理装置は、さらに、
前記信号処理装置の前記第１および第２入力にそれぞれ連結された信号入力と、対応する第１および第２制御信号をそれぞれ受信する制御入力と、信号出力と、を有する第３および第４乗算回路と、
前記第３および第４乗算回路の前記信号出力にそれぞれ連結された第１および第２入力と、出力と、を有する出力補正総和装置であって、自身の第１および第２入力に提供される前記信号の出力補正された総和用であって、出力補正された総和全信号を自身の出力に提供し、自身の出力が前記信号結合装置の前記第２入力に連結された出力補正総和装置と、
を備える、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１５】
前記第３乗算回路は、前記第２制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ｂ・ｇ１／２によって乗算し、前記第４乗算回路は、前記第１制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ａ・（１−ｇ）１／２によって乗算する、請求項１４に記載のマイクロホン装置。
【請求項１６】
３つのマイクロホンを備え、
第３マイクロホンが前記信号処理装置の第３入力に連結され、
前記信号処理装置は、さらに、
前記信号処理装置の前記第２および第３入力にそれぞれ連結された信号入力と、対応する第１および第２制御信号を受信する制御入力と、信号出力と、を有する第３および第４乗算回路と、
前記第３および第４乗算回路の前記信号出力にそれぞれ連結された第１および第２入力と、出力と、を有する出力補正総和装置であって、自身の第１および第２入力に提供される前記信号の出力補正された総和用であって、出力補正された総和全信号を自身の出力に提供し、自身の出力が前記信号結合装置の第３入力に連結された出力補正総和装置と、
を備える、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１７】
前記第３乗算回路は、前記第２制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ｂ×ｇ１／２によって乗算し、前記第４乗算回路は、前記第１制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ａ×（１−ｇ）１／２によって乗算する、請求項１６に記載のマイクロホン装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載のマイクロホン装置における前記信号処理装置の複数の部分特徴により特徴付けられる、少なくとも２つのマイクロホンの前記マイクロホン信号から結合信号を導出するための信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つのマイクロホン、および、少なくとも２つのマイクロホンのマイクロホン信号から仮想マイクロホン信号を導出するための信号処理装置を備えるマイクロホン装置に関する。本発明はまた、この信号処理装置にも関する。請求項１のプリアンブル部において定義されるマイクロホン装置は、米国特許出願公開第２００４／００７６３０１号明細書より知られている。既知のマイクロホン装置は、聞き手にとって３次元の音声再生が可能であるように、両耳用の記録を実現することが意図されている。
【発明の概要】
【０００２】
しかしながら本発明は、所望される通りにその指向特性が変更され得るマイクロホン装置を提供することが意図されている。例えば１つの目的は、増大した周波数範囲にわたって指向特性を一定に維持することであり得るだろう。
【０００３】
この目的を達成するために、本発明のマイクロホン装置は、請求項１の複数の特徴によって特徴付けられる。本発明の信号処理装置は、請求項１８に特定されるように特徴付けられる。
【０００４】
本発明は、それらの信号が結合されるいくつかのマイクロホンから構成される既存の複数の装置（複数のマイクロホンアレイ）によって動機付けられる。それらは、通常、１つのマイクロホンに対する指向性を増大させることが意図されている。指向性とは、所望の方向（主方向）から記録された音が増幅されるのに対し、その他複数の方向から記録された音が減衰されることを意味する。必要であれば、いくつかの所望される方向が存在するであろう。そのような複数の装置の指向性は、音の走行時間に基づいており、これは、個別の複数のマイクロホン信号間での、方向に依存した複数の位相差を引き起こす。これら複数の信号の組み合わせは、通常、総和（場合によっては重み付けされている）によって達成される。しかし、複数の位相差は周波数にもまた依存するので、その結果、指向性は周波数に依存するものとなる。これは不利益である。何故ならば、これによって、従来の複数のマイクロホンアレイは、その指向特性が最適である周波数範囲が、ほんの狭いものとなってしまうからである。この周波数範囲の外側では、指向性はより悪化する。これは、低減された指向性指数として測定可能であり、また、主方向の外側では、周波数応答が主方向におけるものとは同じではなく、特にフラットではない、という事実によって反映される。
【０００５】
本発明は、最初に複数の仮想マイクロホン信号が複数のマイクロホン信号から生成され、次いで、複数の仮想マイクロホン信号が混合される技法を導入する。複数の仮想マイクロホン信号は、もしもこれらが実際の複数のマイクロホン位置の外側に配置されていた場合に、それらが複数の仮想的なマイクロホンから来ているかのような複数の信号に対応する。複数の仮想的な位置は、実際の複数のマイクロホン位置から補間される、または外挿される。このように、マイクロホンアレイが、あたかもより小さくなっているか（補間される場合）、または、より大きくなっているか（外挿される場合）のような効果が実現される。複数の位置の補間または外挿は、複数のマイクロホン信号の補間または外挿に対応するので、制御可能である。複数の仮想マイクロホン信号を生成する場合、本発明に従うと、複数の仮想的な位置を周波数に依存したものとするために、補間または外挿は周波数の関数として制御される。その結果、マイクロホンアレイの指向性の周波数依存性もまた、所望の通りに変更されることができ、指向特性は、例えば、大部分が一定のままであるように、増大した周波数範囲にわたって最適化されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
これから本発明は、いくつか複数の例示的な実施形態のための図面を参照して説明されよう。
【図１】本発明に従ったマイクロホン装置の第１の実施形態を示す。
【図２ａ】図１のマイクロホン装置における、周波数ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す曲線を示す。
【図２ｂ】図１のマイクロホン装置における、周波数ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す曲線を示す。
【図２ｃ】図１のマイクロホン装置における、周波数ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す曲線を示す。
【図３ａ】図１の既知のマイクロホン装置のいくつかの指向特性を示す。
【図３ｂ】図１の既知のマイクロホン装置のいくつかの指向特性を示す。
【図４】本発明に従ったマイクロホン装置の第２の実施形態を示す。
【図５ａ】図４のマイクロホン装置における、周波数ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す曲線を示す。
【図５ｂ】図４のマイクロホン装置における、周波数ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す曲線を示す。
【図５ｃ】図４のマイクロホン装置における、周波数ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す曲線を示す。
【図６ａ】既知のマイクロホン装置および図４のマイクロホン装置のいくつかの指向特性を示す。
【図６ｂ】既知のマイクロホン装置および図４のマイクロホン装置のいくつかの指向特性を示す。
【図７】本発明に従ったマイクロホン装置の第３の実施形態を示す。
【図８】図７に従ったマイクロホン装置の複数のマイクロホンの位置を示す。
【図９】本発明に従ったマイクロホン装置の第４の実施形態を示す。
【図１０】図９に従ったマイクロホン装置の複数のマイクロホンの位置を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、本発明に従ったマイクロホン装置の第１の実施形態を示す。このマイクロホン装置には、２つのマイクロホン１００、１０２、および、２つのマイクロホン１００および１０２のマイクロホン信号から１つの仮想マイクロホン信号を導出するための信号処理装置１０５が備えられる。信号処理装置１０５には、２つのマイクロホン１００および１０２のマイクロホン信号をそれぞれ受信する第１および第２入力１０８および１０９が備えられる。第１および第２乗算回路１１０、１１１には、信号処理装置の第１および第２入力１０８、１０９にそれぞれ連結された信号入力、対応する第１および第２制御信号をそれぞれ受信するための制御入力、並びに、信号出力が備えられる。信号処理装置１０５はさらに、第１および第２制御信号を生成するための制御信号発生器１１２を含む。出力補正された総和のための装置１１４には、第１および第２乗算回路１１０、１１１の出力にそれぞれ連結された第１および第２入力、並びに、出力が備えられる。装置１１４は、自身の第１および第２入力に提供される信号の出力補正された総和用に、および、出力補正された総和全信号を出力へ提供するように構成される。
【０００８】
出力補正総和装置は、ここで理解されるように、文献により知られている。この点に関し、国際公開第２０１１／０５７９２２Ａ１号明細書、および、同じ出願人による、以前に出願されたがまだ公開されていない欧州特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０６９７９９号明細書、特に、図２、６、および７の説明が参照されるべきである。従ってこれらは、参照により本願に組み込まれるものとみなされる。
【０００９】
信号結合装置１１６には、出力補正総和装置１１４の出力に連結された第１入力１１７、少なくとも２つのマイクロホンのうちの１つ（この場合はマイクロホン１０２）に連結された第２入力１１８、および、信号処理装置１０５の出力１２０に連結された出力１１９が備えられる。
【００１０】
第１乗算回路１１０は、自身の入力における信号を、制御信号発生器１１２の第１制御信号の影響下で、乗算係数Ａ・（１−ｇ）１／２で乗算するように構成される。第２乗算回路１１１は、自身の入力における信号を、制御信号発生器１１２の第２制御信号の影響下で、乗算係数Ｂ・ｇ１／２で乗算するように構成される。本発明に従うと、ｇは周波数に依存するのでｇ［ｆ］と示される。ＡおよびＢは定数値であり、それらの絶対値は好ましくは１に等しい。さらにＡ＝Ｂ、あるいは、Ａ＝−Ｂが当てはまる。
【００１１】
図２ａは、乗算係数ｇ［ｆ］の周波数に依存する挙動がどのように見えるかを示す。この実施形態においては、Ａ＝−Ｂが当てはまる。
【００１２】
図２ａにおいては、第１周波数値ｆ０と第２周波数値ｆ２との間において乗算係数ｇ［ｆ］は、周波数が増大するに連れて次第に減少して行く値を示す。周波数値ｆ２よりも低いと、ｇ［ｆ］は定数値Ｖであり、好ましくは１に等しい。第１周波数値ｆ０よりも高いと、ｇ［ｆ］は一定であり、今度は、好ましくはゼロに等しい。ｆ２とｆ０との間の周波数範囲においては、周波数が増大するに連れてｇ［ｆ］は連続的に減少する。
【００１３】
図２ａに示されるようなｇ［ｆ］に対する挙動を持った、図１に示されるマイクロホン装置の動作モードが、図３ａを参照しつつ、これから詳細に説明されるであろう。図３ａは、図１に示されるような２つのマイクロホンを持ったマイクロホン装置の指向特性を示す。２つのマイクロホンは、互いに対して距離Ｄで配置され、これらの出力信号は、直接足し合わされる。低周波数に対する指向特性は、３１１によって示されるようなもの、すなわち球状である。周波数が増大して行くと、指向特性３１２、３１３および３１４によって示されるように、指向特性が変化する。ここで指向特性３１３は、マイクロホン装置の指向性が最も高いので、所望の指向特性であると仮定される。指向性は、全ての方向におけるマイクロホン装置の平均感度に対する主方向における感度の比として定義される。球状特性３１１は、主方向の外側の複数の方向からの音に対して敏感過ぎる。指向特性３１４にも同じことが当てはまる。最適指向特性が生じる周波数ｆ０は、以下のように、距離Ｄに依存する。
ｆ０＝Ｃ／（２・Ｄ）
ここで、Ｃは音速である。
【００１４】
本発明の目的は、この最適指向特性３１３を、増大した周波数範囲にわたって一定に維持することである。これは、以下のようにして実現される。回路パーツ１１０、１１１および１１４での信号処理は、装置１１４の出力において、仮想マイクロホンＭｖの仮想マイクロホン信号を導く。このマイクロホンは、２つのマイクロホン１００および１０２の間（この場合、複数のマイクロホン信号の補間が回路パーツ１１０、１１１および１１４によって実行される）、あるいは、２つのマイクロホン１００および１０２の外側（この場合、複数のマイクロホン信号の外挿が回路パーツ１１０、１１１および１１４によって実行される）のどちらか一方に置かれている。その結果、出力１２０における出力信号を導出するために、信号結合装置１１６において、（装置１１４の出力に存在する）仮想マイクロホンの仮想マイクロホン信号と、マイクロホン１０２のマイクロホン信号とが結合される。仮想マイクロホンとマイクロホン１０２との間の距離は、マイクロホン１００と１０２との間の距離と比べると、補間の場合にはより小さく、外挿の場合にはより大きい。
【００１５】
信号処理装置１０５における外挿は、Ａ＝−Ｂの場合に実現される。例えば、Ａは１に等しくなることができるであろう。これを仮定すると、信号処理装置１０５に対し、乗算回路１１１での乗算係数は−ｇ１／２に等しく、乗算回路１１０での乗算係数は（１−ｇ）１／２に等しいことをこれは意味する。図３ａ中の指向特性３１６によって示されるように、外挿は、仮想マイクロホンＭｖとマイクロホン１０２との間の距離ＤＥＸＴがＤよりも大きく、故に、最適指向特性が生じる周波数がｆ０よりも低い（例えばｆ１にて起きる）ことを意味する。図２ａ中に示されるようなｇ［ｆ］の周波数依存性のために、これは、図３ａ中の周波数特性３１３および３１６によって示されるように、ｆ０とｆ２との間の周波数範囲においてこの最適指向特性が概ね維持されることを意味する。ｆ０よりも高いとｇ［ｆ］は一定、好ましくはゼロに等しいので、ｆ０よりも高い周波数に対するマイクロホン装置の指向特性は変化しないままである。
【００１６】
ｆ＜ｆ２に対しては、ｇは値１を超えて増大することができない。何故ならば、ｇ＝１が最大可能値であり、これに対して（１−ｇ）１／２が計算され得るからである。
【００１７】
上記の記載における、周波数に依存したＤＥＸＴとｇ［ｆ］との間の相関は、以下の通りであることに言及されるべきである。
ＤＥＸＴ（ｆ）／Ｄ≒１＋ｇ［ｆ］  （ｆ２＜ｆ＜ｆ０に対して）
さらに、
ｆ０／ｆ≒ＤＥＸＴ（ｆ）／Ｄ
が当てはまる。
【００１８】
信号処理装置１０５における補間は、Ａ＝Ｂの場合に実現される。ここでは、図２ｂに示されるように、乗算係数ｇ［ｆ］は周波数の関数として振る舞う。ｆ０よりも低い周波数に対しては、ｇ［ｆ］は定数に等しく、好ましくはゼロに等しい。ｆ０よりも高い周波数に対しては、周波数が増大するに連れて、乗算係数ｇ［ｆ］は値が増大する。好ましくは、ｆ０よりも高いところでは、周波数が増大するに連れて、乗算係数ｇ［ｆ］は値が連続的に増大する。
【００１９】
これからは、図３ｂを参照しつつ補間について説明されるであろう。簡潔にするために、Ａ＝Ｂ＝１であると仮定する。これは、図１の信号処理装置１０５においては、乗算回路１１１での乗算係数がｇ１／２であり、乗算回路１１０での乗算係数が（１−ｇ）１／２であることを意味する。補間の場合は、仮想マイクロホンＭｖとマイクロホン１０２との間の距離はＤより小さく、故に、指向特性３１７によって図３ｂ中に示されるように、最適指向特性が生じる周波数はｆ０よりも高く、例えばｆ３である。これは、図２ｂ中に示されるようなｇ［ｆ］の周波数依存性により、図３ｂ中の周波数特性３１３および３１７によって示されるように、この最適指向特性が今度はｆ０よりも高い周波数範囲において概ね維持されることを意味する。
【００２０】
上記の記載における、周波数に依存したＤＩＮＴとｇ［ｆ］との間の相関は、以下の通りであることに言及されるべきである。
ＤＩＮＴ（ｆ）／Ｄ≒１−ｇ［ｆ］  （ｆ≧ｆ０に対して）
さらに、
ｆ０／ｆ≒ＤＩＮＴ（ｆ）／Ｄ
が当てはまる。
【００２１】
従って、図１に従ったマイクロホン装置により、最適指向特性が維持される周波数範囲の拡大は、ＡおよびＢの値に依存して、低周波数に向かってのみ、あるいは、より高い周波数に向かってのみ可能である。第１の場合には、Ａ＝−Ｂであり、好ましくはＡ＝１且つＢ＝−１である。第２の場合には、Ａ＝Ｂであり、好ましくはＡ＝Ｂ＝１である。
【００２２】
図２ｃは、ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す。これは、ｆ０よりも低い周波数においては図２ａ中の乗算係数の挙動に等しく、ｆ０よりも高い周波数においては図２ｂ中の乗算係数の挙動に等しい。このように外挿と補間とが組み合わされる。これは、図３ａおよび３ｂ中の３１３、３１６、および３１７によって示されるように、図１のマイクロホン装置が、ｆ１とｆ３との間の周波数範囲において概ね最適な指向特性となる指向特性を有することを意味する。
【００２３】
図４は、本発明に従ったマイクロホン装置の第２の例示的な実施形態を示す。
【００２４】
図４に従ったマイクロホン装置は、図１のマイクロホン装置と多くの類似性を示す。図４において４１０、４１１、４１２、４１４、および４１６と指定された信号処理装置４０５における回路パーツは、図１の信号処理装置１０５の回路パーツ１１０、１１１、１１２、１１４、１１６と同様である。図４の信号処理装置４０５には、第３および第４乗算回路４２１、４２２がさらに備えられている。第３および第４乗算回路４２１および４２２には、信号処理装置４０５の第１または第２入力４０８または４０９に連結された信号入力、対応する第１または第２制御信号を受信するための制御入力、並びに、信号出力が備えられる。
【００２５】
出力補正された総和のための装置４２３には、第３または第４乗算回路４２１、４２２の出力に連結された第１および第２入力、並びに、出力が備えられる。装置４２３は、自身の第１および第２入力に提供される信号の出力補正された総和用に、および、出力補正された総和全信号を信号結合装置４１６の第２入力４１８に連結された出力へ提供するように構成される。
【００２６】
第３乗算回路４２１は、自身の入力における信号を、第２制御信号の影響下で、乗算係数Ｂ・ｇ１／２で乗算するように構成される。第４乗算回路４２２は、自身の入力における信号を、第１制御信号の影響下で、乗算係数Ａ・（１−ｇ）１／２で乗算するように構成される。両方の制御信号とも、制御信号発生器４１２によって生成される。まさに、図１を参照しつつ既に述べたように、本発明に従うとｇは周波数に依存し、ＡおよびＢは定数値であり、それらの絶対値は好ましくは１に等しい。さらにＡ＝Ｂ、あるいは、Ａ＝−Ｂが当てはまる。
【００２７】
装置４２３は、好ましくは装置４１４と同一である。
【００２８】
図５ａは、乗算係数ｇ［ｆ］の周波数に依存する挙動がどのように見えるかを示す。この場合Ａ＝−Ｂである。
【００２９】
図５ａ中の乗算係数ｇ［ｆ］は、第１周波数値ｆ０と第２周波数値ｆ１２との間では、増大する周波数に対して周波数値が減少することを示す。周波数値ｆ１２よりも低いと、ｇ［ｆ］は定数値Ｖであり、好ましくは１に等しい。第１周波数値ｆ０よりも高いと、ｇ［ｆ］は再び一定であり、好ましくはゼロに等しい。ｆ１２とｆ０との間の周波数範囲においては、周波数が増大するに連れてｇ［ｆ］は連続的に減少する。
【００３０】
図５ａに示されるようなｇ［ｆ］に対する挙動を持った、図４のマイクロホン装置の動作モードが、図６ａを参照しつつ、これから詳細に説明されるであろう。図６ａは、図４に示されるような２つのマイクロホンを持ったマイクロホン装置の指向特性を示す。２つのマイクロホンは、互いに対して距離Ｄで配置され、これらの出力信号は、直接足し合わされる。
【００３１】
低周波数に対しては、指向特性は、６１１で示されるように再び球状である。周波数が増大して行くと、既に図３ａを参照しつつ説明されたように、そして、指向特性６１２、６１３および６１４によって示されるように、指向特性が変化する。図３ａに関連して既に説明されたのと同じ理由で、指向特性６１３が所望の指向特性であると再び仮定される。最適指向特性が生じる周波数ｆ０は、
ｆ０＝Ｃ／（２・Ｄ）
によって与えられる。ここでＣは音速である。
【００３２】
本発明の目的は、最適指向特性６１３を、増大した周波数範囲にわたって概ね一定に保つことである。これは次のように実現される。回路パーツ４１０、４１１および４１４での信号処理は、図３ａおよび３ｂを参照しつつ既に説明されたように、装置４１４の出力における仮想マイクロホンの仮想マイクロホン信号を導く。このマイクロホンは、２つのマイクロホン４０８および４０９の間（この場合、複数のマイクロホン信号の補間が回路パーツ４１０、４１１および４１４によって実行される）、あるいは、２つのマイクロホン４０８および４０９の外側に置かれる（この場合、複数のマイクロホン信号の外挿が回路パーツ４１０、４１１および４１４によって実行される）のどちらか一方に置かれている。
【００３３】
もちろん、回路パーツ４２１、４２２および４２３での信号処理に対して、まさに同じことが当てはまる。これは、仮想マイクロホンのマイクロホン信号がまた、装置４２３の出力においても生成されることを意味する。
【００３４】
図４のマイクロホン装置における外挿は、Ａ＝−Ｂの場合に実現される。例えば、Ａは１に等しくなることができるであろう。よって、装置４１４の出力においては仮想マイクロホンＭｖ１のマイクロホン信号が存在し、装置４２３の出力においては仮想マイクロホンＭｖ２のマイクロホン信号が存在する。両方の仮想マイクロホンの位置が図６ａ中に示される。この場合の外挿は、２つの仮想マイクロホンＭｖ１およびＭｖ２の間の距離ＤＥＸＴ２が、Ｄよりも大きいことばかりでなく、図３ａ中のＤＥＸＴよりも大きいことも意味する。
【００３５】
故に、所望の指向特性が概ね維持される周波数範囲は、より一層低い周波数の方に向かって、すなわち、図６ａ中のｆ０とｆ１２との間の周波数範囲において拡大されるであろう。ｆ０よりも高いとｇ［ｆ］は一定、好ましくはゼロに等しいので、ｆ０よりも高い周波数に対するマイクロホン装置の指向特性は変化しないままである。
【００３６】
ｆ＜ｆ１２に対しては、減少する周波数に対して、ｇは値１を超えて増大することができない。何故ならば、ｇ＝１が最大可能値であり、これに対して（１−ｇ）１／２が計算され得るからである。
【００３７】
上記の記載における、周波数に依存したＤＥＸＴとｇ［ｆ］との間の相関は、以下の通りであることに言及されるべきである。
ＤＥＸＴ（ｆ）／Ｄ≒１／２＋ｇ［ｆ］  （ｆ１２＜ｆ＜ｆ０に対して）
さらに、
ｆ０／ｆ≒ＤＥＸＴ（ｆ）／Ｄ
が当てはまる。
【００３８】
図４のマイクロホン装置における補間は、Ａ＝Ｂの場合に実現される。ここでは、図５ｂ中に示されるように、乗算係数ｇ［ｆ］は周波数の関数として振る舞う。ｆ０よりも低い周波数に対しては、ｇ［ｆ］は定数に等しく、好ましくはゼロに等しい。ｆ０よりも高い周波数に対しては、周波数が増大するに連れて、乗算係数ｇ［ｆ］は値が増大する。好ましくは、ｆ０よりも高いところでは、周波数が増大するに連れて、乗算係数ｇ［ｆ］は値が連続的に増大する。
【００３９】
これからは、図６ｂを参照しつつ、補間について説明されるであろう。簡潔にするために、Ａ＝Ｂ＝１であると仮定する。
【００４０】
よって、仮想マイクロホンＭｖ１のマイクロホン信号が装置４１４の出力に存在し、仮想マイクロホンＭｖ２のマイクロホン信号が装置４２３の出力に存在する。両方の仮想マイクロホンの位置が図６ｂ中に示される。補間は、この場合、２つの仮想マイクロホンＭｖ１およびＭｖ２の間の距離ＤＩＮＴ２が、Ｄより小さいことばかりでなく、図３ｂ中のＤＩＮＴより小さいことも意味する。
【００４１】
故に、所望の指向特性が概ね維持される周波数範囲は、より高い周波数の方に向かって、すなわち、図６ｂ中のｆ０よりも高い周波数範囲において拡大されることができる。ｆ０よりも低い周波数に対してｇ［ｆ］は一定のままであり、好ましくはゼロに等しいので、ｆ０よりも低い周波数に対するマイクロホン装置の指向特性は変化しないままである。
【００４２】
上記の記載における、周波数に依存したＤＩＮＴとｇ［ｆ］との間の相関は、以下の通りであることに言及されるべきである。
ＤＩＮＴ（ｆ）／Ｄ≒１／２−ｇ［ｆ］  （ｆ≧ｆ０に対して）
さらに、
ｆ０／ｆ≒ＤＩＮＴ（ｆ）／Ｄ
が当てはまる。
【００４３】
図５ｃは、ｆの関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の挙動を示す。これは、ｆ０よりも低い周波数においては図５ａ中の乗算係数の挙動に等しく、ｆ０よりも高い周波数においては図５ｂ中の乗算係数の挙動に等しい。このように外挿と補間とが組み合わされる。これは、図６ａおよび６ｂ中の６１３、６１６、および６１７によって示されるように、図４のマイクロホン装置が、ｆ４（図６ａを参照のこと）とｆ５（図６ｂを参照のこと）との間の周波数範囲において概ね最適な指向特性となる指向特性を有することを意味する。
【００４４】
さらに、図２ａ、２ｂ、２ｃ、５ａ、５ｂ、および５ｃに示されるように、周波数の関数としての乗算係数ｇ［ｆ］の進行の立上り部分および立下り部分は、双曲線の一部のように振る舞うことに言及されるべきである。これは、上記の数式において、周波数に対する反比例から来るものである。
【００４５】
図７は、本発明に従ったマイクロホン装置の第３の例示的な実施形態を示す。この場合、マイクロホン装置は、３つのマイクロホン７００、７０２および７０３を備える。信号処理装置７０５は今度は次のように構成される。図７の信号処理装置７０５において７１０、７１１、７１２、７１４、および７１６によって示される回路パーツは、それぞれ、図１の信号処理装置１０５の回路パーツ１１０、１１１、１１２、１１４、および１１６と同様である。第３マイクロホン７０３は、信号処理装置７０５の第３入力７０７に連結される。信号処理装置７０５には、第３および第４乗算回路７２１および７２２がさらに備えられている。乗算回路７２１および７２２の信号入力は、それぞれ、信号処理装置７０５の第２入力７０９および第３入力７０７に連結される。乗算回路７２１および７２２の制御入力は、それぞれ、対応する第１および第２制御信号を受信するために、制御信号発生器７１２に連結される。２つの乗算回路７２１および７２２の信号出力は、出力補正された総和用の装置７２３の対応付けられた入力に連結される。装置７２３の１つの出力は、信号結合装置７１６の第３入力７１５に連結される。装置７２３は、自身の第１および第２入力に提供される信号の出力補正された総和用に、および、出力補正された総和全信号を出力に提供するように構成される。第３乗算回路７２１は、自身の入力における信号を、第２制御信号の影響下で、乗算係数Ｂ×ｇ１／２で乗算するように構成される。第４乗算回路７２２は、自身の入力における信号を、第１制御信号の影響下で、乗算係数Ａ×（１−ｇ）１／２で乗算するように構成される。
【００４６】
両方の制御信号とも、制御信号発生器７１２によって生成される。まさに、図１を参照しつつ既に示されたように、本発明に従うと、乗算係数ｇは周波数に依存し、ＡおよびＢは定数値であり、それらの絶対値は好ましくは１に等しい。さらに、Ａ＝Ｂ、または、Ａ＝−Ｂである。図７の実施形態における乗算係数ｇ［ｆ］の周波数に依存する挙動は、やはり、図２ａから２ｃを参照しつつ既に説明されたものである。
【００４７】
装置７２３は、好ましくは装置７１４と同一である。
【００４８】
３つのマイクロホン７００、７０２および７０３は、必ずしも直線上にある必要はない。図８は、この場合、交差している複数の線上に配置された３つのマイクロホン７００、７０２および７０３の位置を示す。図７の実施形態においては、２つの仮想マイクロホン信号が再び生成される。信号結合装置７１６の入力７１７には第１仮想マイクロホン信号が存在し、これは、マイクロホン７００および７０２のマイクロホン信号から導出される。信号結合装置７１６の入力７１５には第２仮想マイクロホン信号存在し、これは、マイクロホン７０２および７０３のマイクロホン信号から導出される。
【００４９】
図７のマイクロホン装置においては、２つの仮想マイクロホン信号を取得するために外挿が実行されるものと仮定しよう。これは、２つの仮想マイクロホンが実現されたかのような効果を有する。具体的に言うと、マイクロホン７００は図８中に示される位置にはもはや無く、２つのマイクロホン７００および７０２を通る接続線８００上においてマイクロホン７０２からさらに遠ざかるように、例えば位置８０４にあるかのようである。同様に、マイクロホン７０３は示された位置には無く、２つのマイクロホン７０２および７０３を通る接続線８０２上においてマイクロホン７０２からさらに遠ざかるように、例えば位置８０６にあるかのように見える。マイクロホン７０２の位置は変化しない。２つの仮想マイクロホン信号に対するこうした他の位置により、もちろん、今や所望されるように変更されることができる、マイクロホン装置の別の指向特性が生成される。
【００５０】
３つのマイクロホンを持ったマイクロホン装置のさらに別の実施形態が図９に示される。出力９２０において出力信号Ｓ１を取得するために、２つのマイクロホン９００および９０２のマイクロホン信号が、図１または４に示されるように構成されることができる回路パーツ９０５において処理される。次いで、マイクロホン装置の出力信号Ｓ２を取得するために、出力信号Ｓ１およびマイクロホン９０３のマイクロホン信号が、回路パーツ９１０に一緒に入れられる。回路パーツ９１０は、やはり、図１に示される（および図９に実際に見られる）回路パーツ１０５、または、図４に示される回路パーツ４０５のように見えるものであってよい。
【００５１】
複数の仮想マイクロホンの位置は、図１０に示されるように現れる。この場合、今度はマイクロホン９００および９０２のマイクロホン信号に対して第１外挿が実行され、これにより、位置１００４における第１仮想マイクロホンの仮想マイクロホン信号Ｓ１が、図９中の出力９２０において導出される。その後、位置１００４における第１仮想マイクロホンおよびマイクロホン９０３のマイクロホン信号に対して第２外挿が実行される。これは、位置１００７における仮想マイクロホンの第２仮想マイクロホン信号を導く。これにより、第２仮想マイクロホン信号が図９の線９３０上に存在する。従って、マイクロホン装置の出力における出力信号Ｓ２は、２つの第１および第２仮想マイクロホン信号の結合である。
【００５２】
最後に、本発明は、複数の図面の説明中に示された複数の例示的な実施形態には限定されないことが、言及されるべきである。様々な変更がそれ自体として可能であるが、全ては本発明の範囲内に含まれる。マイクロホン装置それ自体としては、３つよりも多くのマイクロホンを備えてもよいであろう。複数のマイクロホンは、必ずしも直線上にある必要は無い。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月2日(2015.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのマイクロホンと、前記少なくとも２つのマイクロホンのマイクロホン信号から仮想マイクロホン信号を導出する信号処理装置とを備え、
前記信号処理装置は、
前記少なくとも２つのマイクロホンの前記マイクロホン信号を受信する第１および第２入力と、
前記信号処理装置の前記第１および第２入力にそれぞれ連結された信号入力と、対応する第１および第２制御信号をそれぞれ受信する制御入力と、信号出力と、を有する第１および第２乗算回路と、
前記第１および第２制御信号を生成する制御信号発生器と、
前記第１および第２乗算回路の前記信号出力にそれぞれ連結された第１および第２入力と、出力と、を有する出力補正総和装置であって、自身の第１および第２入力に提供される前記信号の出力補正された総和用であって、出力補正された総和全信号を前記出力に提供する出力補正総和装置と、
前記出力補正総和装置の前記出力に連結された第１入力と、前記少なくとも２つのマイクロホンの１つに連結された第２入力と、前記信号処理装置の出力に連結された出力と、を有する信号結合装置と、
を備え、
前記第１乗算回路は、前記第１制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ａ・（１−ｇ）１／２によって乗算し、前記第２乗算回路は、前記第２制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ｂ・ｇ１／２によって乗算し、ｇは周波数に依存し（ｇ［ｆ］）、ＡおよびＢは定数値であり、ＡおよびＢの絶対値は、好ましくは１に等しく、さらにＡ＝ＢまたはＡ＝−Ｂが当てはまる、マイクロホン装置。
【請求項２】
第１周波数値よりも低い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、より小さな値を有する、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項３】
前記第１周波数値よりも低い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、連続的に値が減少する、請求項２に記載のマイクロホン装置。
【請求項４】
前記第１周波数値より小さな第２周波数値よりも低い周波数において、前記乗算係数ｇ［ｆ］は定数値を有する、請求項２または請求項３に記載のマイクロホン装置。
【請求項５】
前記定数値は１に等しい、請求項４に記載のマイクロホン装置。
【請求項６】
前記第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は定数値を有し、好ましくはゼロに等しい、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項７】
Ａ＝−Ｂである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項８】
第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、より大きな値を有する、請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項９】
前記第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、連続的に値が増大する、請求項８に記載のマイクロホン装置。
【請求項１０】
前記第１周波数値よりも低い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は定数値を有し、好ましくはゼロに等しい、請求項８または請求項９に記載のマイクロホン装置。
【請求項１１】
Ａ＝Ｂである、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１２】
第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、より大きな値を有し、
前記第１周波数値よりも低い周波数値においてはＡ＝−Ｂであり、前記第１周波数値よりも高い周波数値においてはＡ＝Ｂである、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１３】
前記第１周波数値よりも高い周波数において前記乗算係数ｇ［ｆ］は、前記周波数が増大するに連れて、連続的に値が増大する、請求項１２に記載のマイクロホン装置。
【請求項１４】
前記周波数の関数としての前記乗算係数ｇ［ｆ］の進行の立上りまたは立下り部分は、双曲線型の挙動を示す、請求項２、３、８、９のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１５】
前記信号処理装置は、さらに、
前記信号処理装置の前記第１および第２入力にそれぞれ連結された信号入力と、対応する第１および第２制御信号をそれぞれ受信する制御入力と、信号出力と、を有する第３および第４乗算回路と、
前記第３および第４乗算回路の前記信号出力にそれぞれ連結された第１および第２入力と、出力と、を有する出力補正総和装置であって、自身の第１および第２入力に提供される前記信号の出力補正された総和用であって、出力補正された総和全信号を自身の出力に提供し、自身の出力が前記信号結合装置の前記第２入力に連結された出力補正総和装置と、
を備える、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１６】
前記第３乗算回路は、前記第２制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ｂ・ｇ１／２によって乗算し、前記第４乗算回路は、前記第１制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ａ・（１−ｇ）１／２によって乗算する、請求項１５に記載のマイクロホン装置。
【請求項１７】
３つのマイクロホンを備え、
第３マイクロホンが前記信号処理装置の第３入力に連結され、
前記信号処理装置は、さらに、
前記信号処理装置の前記第２および第３入力にそれぞれ連結された信号入力と、対応する第１および第２制御信号を受信する制御入力と、信号出力と、を有する第３および第４乗算回路と、
前記第３および第４乗算回路の前記信号出力にそれぞれ連結された第１および第２入力と、出力と、を有する出力補正総和装置であって、自身の第１および第２入力に提供される前記信号の出力補正された総和用であって、出力補正された総和全信号を自身の出力に提供し、自身の出力が前記信号結合装置の第３入力に連結された出力補正総和装置と、
を備える、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。
【請求項１８】
前記第３乗算回路は、前記第２制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ｂ×ｇ１／２によって乗算し、前記第４乗算回路は、前記第１制御信号の影響下にて、自身の入力における前記信号を乗算係数Ａ×（１−ｇ）１／２によって乗算する、請求項１７に記載のマイクロホン装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載のマイクロホン装置における前記信号処理装置の複数の部分特徴により特徴付けられる、少なくとも２つのマイクロホンの前記マイクロホン信号から結合信号を導出するための信号処理装置。
【国際調査報告】
2016507172.tif 000019
2016507172.tif 000020
2016507172.tif 000021