(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第３マイクロホン素子と、第１利得手段と、第１加算手段とを備えるマイクロホン装置であって、
上記第１乃至第３マイクロホン素子は、それぞれの集音方向の中心軸が互いに略平行で同じ方向を向くと共に、第２マイクロホン素子が、第１及び第３マイクロホン素子が結ぶ直線上の中間位置に該第１及び第３マイクロホン素子と第１所定間隔をおいた状態で配置され、
上記第１利得手段は、上記第１乃至第３マイクロホン素子それぞれの出力信号に利得を乗ずると共に、上記第２マイクロホン素子の出力信号に対する利得を、上記第１及び第３マイクロホン素子の出力信号に対する利得の２倍とし、
上記第１加算手段は、上記第１利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号を加算して出力する、
マイクロホン装置。
【請求項２】
第４マイクロホン素子と、第２利得手段と、第２加算手段と、第１及び第２抽出手段と、加算手段とを更に備え、
上記第４マイクロホン素子は、他の上記マイクロホン素子と集音方向の中心軸が互いに略平行で同じ方向を向くと共に、上記第１及び第２マイクロホン素子が結ぶ直線上の中間位置に該第１及び第２マイクロホン素子と第２所定間隔をおいた状態で配置され、
上記第２利得手段は、上記第１、第２及び第４マイクロホン素子それぞれの出力信号に利得を乗ずると共に、該第４マイクロホン素子の出力信号に対する利得を、該第１及び第２マイクロホン素子の出力信号に対する利得の２倍とし、
上記第２加算手段は、上記第２利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号を加算して出力し、
上記第１抽出手段は、上記第１加算手段の出力信号から上記第１所定間隔に応じた周波数成分を抽出して出力し、
上記第２抽出手段は、上記第２加算手段の出力信号から上記第２所定間隔に応じた周波数成分を抽出して出力し、
上記加算手段は、上記第１及び第２抽出手段の出力を加算して出力する、
請求項１に記載のマイクロホン装置。
【請求項３】
第５マイクロホン素子と、第３利得手段と、第３加算手段と、第３抽出手段とを更に備え、
上記第５マイクロホン素子は、他の上記マイクロホン素子と集音方向の中心軸が互いに略平行で同じ方向を向くと共に、上記第２及び第４マイクロホン素子が結ぶ直線上の中間位置に該第２及び第４マイクロホン素子と第３所定間隔をおいた状態で配置され、
上記第３利得手段は、上記第２、第４及び第５マイクロホン素子それぞれの出力信号に利得を乗ずると共に、該第５マイクロホン素子の出力信号に対する利得を、該第２及び第４マイクロホン素子の出力信号に対する利得の２倍とし、
上記第３加算手段は、上記第３利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号を加算して出力し、
上記第３抽出手段は、上記第３加算手段の出力信号から上記第３所定間隔に応じた周波数成分を抽出して出力し、
上記加算手段は、上記第３抽出手段の出力をも加算して出力する、
請求項２に記載のマイクロホン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロホン装置に関し、特に指向性を改善するために複数のマイクロホン素子をアレイ状に配置する所謂マイクロホンアレイと呼ばれる構成のマイクロホン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記マイクロホンアレイは、例えば会議場用の発言者ユニット等のように、横方向からの雑音を排除するために比較的に鋭い指向性が要求される用途に使用される。このようなマイクロホンアレイとして、従来、例えば図３に示す単一指向性マイクロホン素子１を複数素子、例えば２素子用意し、これを図４に示すように、それぞれの集音方向の中心軸（指向性を表す上で基準（入射角零度）となる正面の軸で、同図に一点鎖線で示す軸）が互いに平行になるように、かつ、それぞれの音波入射面を揃えた状態で、間隔ｄを隔てて配置すると共に、各マイクロホン素子１、１の各出力信号を加算器２によって加算するものがある。
【０００３】
ここで、図３に示すマイクロホン素子１単独の指向性Ｖ（θ）（θはマイクロホン素子１に入射する音波（平面波）の入射角）を、次の数１で表すとすると、これを２素子組み合わせた構成の図４に示すマイクロホンアレイ全体の指向性Ｖ２（θ）は、数２で表されることが知られている。
【０００４】
【数１】
0003732041.tif 000002
【０００５】
【数２】
0003732041.tif 000003
【０００６】
なお、数２において、ｋは、音波の波長定数、ｆは、音波の周波数、ｃは、音波の速度である。また、各マイクロホン素子１、１の各感度は互いに等しいとする。
【０００７】
上記数１及び数２から、マイクロホン素子１単独の場合に比べて、これを２素子組み合わせた構成の所謂２素子アレイ（または２素子ラインマイクロホンとも呼ぶ）の方が、鋭い指向性を得られることが判る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の２素子アレイよりも更に鋭い指向性を得られるマイクロホン装置を提供することを、目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のマイクロホン装置は、第１乃至第３マイクロホン素子と、第１利得手段と、第１加算手段とを備える。このうち、第１乃至第３マイクロホン素子は、それぞれの集音方向の中心軸が互いに略平行で同じ方向を向くと共に、第２マイクロホン素子が、第１及び第３マイクロホン素子が結ぶ直線上の中間位置に当該第１及び第３マイクロホン素子と第１所定間隔をおいた状態で配置される。そして、第１利得手段は、第１乃至第３マイクロホン素子それぞれの出力信号に利得を乗ずると共に、第２マイクロホン素子の出力信号に対する利得を、第１及び第３マイクロホン素子の出力信号に対する利得の２倍とする。更に、第１加算手段は、第１利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号を加算して出力する、ものである。
【００１０】
即ち、本発明によれば、第１乃至第３の３つのマイクロホン素子が、第１所定間隔おきに、直線上に配置されている。そして、これら第１乃至第３マイクロホン素子の集音方向の中心軸は、互いに略平行で同じ方向を向いている。更に、第１乃至第３マイクロホン素子それぞれの出力信号には、第１利得手段によって所定の利得が乗ぜられる。具体的には、中央に配置されている第２マイクロホン素子の出力信号に対して、その両端に配置されている第１及び第３マイクロホン素子の出力信号に乗ぜられる利得の２倍の利得が乗ぜられる。これによって、中央の第２マイクロホン素子の感度が、両端にある第１及び第３マイクロホン素子それぞれの感度の２倍になる。そして、この第１利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号は、第１加算手段によって互いに加算される。この構成によって、上述した２素子アレイを２組設けたのと等価な３素子アレイが、実現される。
【００１１】
更に、この発明では、第４マイクロホン素子と、第２利得手段と、第２加算手段と、第１及び第２抽出手段と、加算手段とを、備えてもよい。具体的には、第４マイクロホン素子は、他のマイクロホン素子と集音方向の中心軸が互いに略平行で同じ方向を向くと共に、第１及び第２マイクロホン素子が結ぶ直線上の中間位置に当該第１及び第２マイクロホン素子と第２所定間隔をおいた状態で配置される。そして、第２利得手段は、第１、第２及び第４マイクロホン素子それぞれの出力信号に利得を乗ずると共に、第４マイクロホン素子の出力信号に対する利得を、第１及び第２マイクロホン素子の出力信号に対する利得の２倍とする。更に、第２加算手段は、第２利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号を加算して出力する。そして、第１抽出手段は、第１加算手段の出力信号から第１所定間隔に応じた周波数成分を抽出して出力し、第２抽出手段は、第２加算手段の出力信号から第２所定間隔に応じた周波数成分を抽出して出力する。そして、加算手段は、第１及び第２抽出手段の出力を加算して出力するものとする。
【００１２】
即ち、この構成によれば、第１、第２及び第４マイクロホン素子と、第２利得手段と、第２加算手段とによって、上述とは別の３素子アレイが形成される。ここで、第１、第２及び第４マイクロホン間の間隔である第２所定間隔は、上述した第１乃至第３マイクロホン間の間隔である第１所定間隔よりも小さく、具体的には１／２である。また、後述するように、３素子アレイの指向性が最も鋭くなる周波数帯域は、当該３素子アレイを構成するマイクロホン素子間の間隔によって変化する。従って、第１乃至第３マイクロホン素子を含む上述の３素子アレイと、第１、第２及び第４マイクロホン素子を含む３素子アレイとでは、それぞれの指向性が最も鋭くなる周波数帯域が異なる。そこで、第１加算手段の出力信号から第１乃至第３マイクロホン素子間の第１所定間隔に応じた周波数成分、例えば当該第１乃至第３マイクロホン素子を含む３素子アレイの指向性が最も鋭くなる周波数帯域の成分のみを、第１抽出手段によって抽出する。これと同様に、第２加算手段の出力信号から第１、第２及び第４マイクロホン素子間の第２所定間隔に応じた周波数成分、例えば当該第１、第２及び第４マイクロホン素子を含む３素子アレイの指向性が最も鋭くなる周波数帯域の成分のみを、第２抽出手段によって抽出する。そして、これら第１及び第２抽出手段の出力信号を、加算手段によって互いに加算する。これによって、当該加算手段からは、それぞれの３素子アレイが最も鋭い指向性を示す周波数帯域の信号を組み合わせた信号が、出力される。
【００１３】
そして更に、第５マイクロホン素子と、第３利得手段と、第３加算手段と、第３抽出手段とを、備えてもよい。具体的には、第５マイクロホン素子は、他のマイクロホン素子と集音方向の中心軸が互いに略平行で同じ方向を向くと共に、第２及び第４マイクロホン素子が結ぶ直線上の中間位置に当該第２及び第４マイクロホン素子と第３所定間隔をおいた状態で配置される。そして、第３利得手段は、第２、第４及び第５マイクロホン素子それぞれの出力信号に利得を乗ずると共に、第５マイクロホン素子の出力信号に対する利得を、第２及び第４マイクロホン素子の出力信号に対する利得の２倍とする。更に、第３加算手段は、第３利得手段によって利得が乗ぜられた後の信号を加算して出力し、第３抽出手段は、第３加算手段の出力信号から第３所定間隔に応じた周波数成分を抽出して出力する。そして、上述の加算手段は、第３抽出手段の出力をも加算して出力するものとする。
【００１４】
即ち、この構成によれば、第２、第４及び第５マイクロホン素子と、第３利得手段と、第３加算手段とによって、更に別の３素子アレイが形成される。そして、第２、第４及び第５マイクロホン素子間の間隔である第３所定間隔は、上述した第１、第２及び第４マイクロホン間の第２所定間隔よりも更に小さく、具体的には１／２である。従って、当該第２、第４及び第５マイクロホン素子を含む３素子アレイと、第１、第２及び第４マイクロホン素子を含む３素子アレイ、或いは第１乃至第３のマイクロホン素子を含む３素子アレイとでは、それぞれの指向性が最も鋭くなる周波数帯域が異なる。そこで、第３加算手段の出力信号から第２、第４及び第５マイクロホン素子間の第３所定間隔に応じた周波数成分、例えば当該第２、第４及び第５マイクロホン素子を含む３素子アレイの指向性が最も鋭くなる周波数帯域の成分のみを、第３抽出手段によって抽出する。そして、上述した加算手段によって、第１及び第２抽出手段の出力信号に加えて、当該第３抽出手段の出力信号をも加算する。これにより、加算手段からは、３つの３素子アレイのそれぞれが最も鋭い指向性を示す周波数帯域の信号のみを組み合わせた信号が、出力される。
【００１５】
なお、ここで言う第１乃至第３抽出手段は、例えばローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、或いはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等の各種フィルタ手段によって構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るマイクロホン装置の第１実施形態について、図５乃至図９を参照して説明する。
【００１７】
即ち、今、上述した図４の２素子アレイを２組設け、これらを図５（ａ）に示すように間隔ｄを隔てて配置すると共に、各２素子アレイの各出力（各加算器２、２の出力）を加算器３により加算するとする。この構成は、同図（ｂ）に示すように、３つのマイクロホン素子１、１、１を、それぞれ間隔ｄを隔てて配置すると共に、中央に位置するマイクロホン素子１のみの感度を２倍にした上で、これと両端にある各マイクロホン素子１、１との各出力を加算器３により加算するのと等価な構成となる。この３つのマイクロホン素子１、１、１を組み合わせた３素子アレイ（または３素子ラインマイクロホンとも呼ぶ）全体の指向性Ｖ３（θ）は、次の数３で表される。
【００１８】
【数３】
0003732041.tif 000004
【００１９】
この数３によれば、３素子アレイの指向性Ｖ３（θ）の方が、上記数２で表される２素子アレイの指向性Ｖ２（θ）に比べて、より鋭い指向性を得られることが判る。即ち、本第１実施形態の３素子アレイのマイクロホン装置によれば、２素子アレイよりも更に鋭い指向性を得ることができる。
【００２０】
ここで、上述した図４の２素子アレイにおいて、各マイクロホン素子１、１間の間隔ｄをｄ＝４００ｍｍに設定したときの任意の周波数ｆ（ｆ＝３５０Ｈｚ、７００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１４００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び４０００Ｈｚ）における指向性Ｖ２（θ）を、図６に示す。なお、この図６において点線で示す曲線は、単一指向性マイクロホン素子１単独の指向性Ｖ（θ）である。この図６から判るように、上記間隔ｄがｄ＝４００ｍｍという条件では、周波数ｆがｆ＝３５０Ｈｚのときに、指向性Ｖ２（θ）が鋭くなる。そして、周波数ｆがそれ以上に高くなると、指向性Ｖ２（θ）に乱れが生じる。
【００２１】
図７に、図５の３素子アレイにおいて、各マイクロホン素子１、１、１間の各間隔ｄをｄ＝２００ｍｍに設定したときの任意の周波数ｆ（ｆ＝３５０Ｈｚ、７００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１４００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び４０００Ｈｚ）における指向性Ｖ３（θ）を示す。なお、この図７においても、参考として、単一指向性マイクロホン素子１単独の指向性Ｖ（θ）を点線で示す。
【００２２】
この図７から判るように、間隔ｄをｄ＝２００ｍｍという上述の図６の場合よりも狭くした条件下においては、指向性Ｖ３（θ）が最も鋭くなる周波数ｆはｆ＝１０００Ｈｚとなり、図６の場合（ｆ＝３５０Ｈｚ）に比べて高くなる。そして、このときの指向性Ｖ３（θ）と、上述の２素子アレイの指向性Ｖ２（θ）が最も鋭くなるときの特性（図６（ａ）の特性）と、を比較すると、３素子アレイの指向性Ｖ３（θ）の方が２素子アレイの指向性Ｖ２（θ）よりも鋭いことが判る。なお、この３素子アレイにおいても、最も狭指向性を示す上記周波数ｆ＝１０００Ｈｚよりも高い周波数帯域においては、その指向性Ｖ３（θ）に乱れが生じる。
【００２３】
また、参考までに、図８及び図９に、それぞれ間隔ｄをｄ＝１００ｍｍ、５０ｍｍとしたときの３素子アレイの指向性Ｖ３（θ）を示す。これら図８及び図９と上述の図７とを比較して判るように、間隔ｄを狭くするに連れて、指向性Ｖ３（θ）として狭指向性を得られる周波数ｆがｆ＝２０００Ｈｚ、４０００Ｈｚと高周波数側へシフトする。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２５】
上述したように、２素子アレイに比べて３素子アレイの方がより鋭い指向性を得られるが、これら２素子アレイ及び３素子アレイの指向性Ｖ２（θ）及びＶ３（θ）は、各マイクロホン素子１、１、…の配置間隔ｄ、及び音波の周波数ｆという２つの変数によって大きく変化する。従って、例えば間隔ｄが或る値に設定されると、この間隔ｄに応じた或る特定の周波数ｆ付近において、指向性Ｖ２（θ）及びＶ３（θ）が鋭くなる。しかし、それ以外の周波数帯域では、指向性Ｖ２（θ）及びＶ３（θ）は鈍くなったり、或いは乱れたりする。
【００２６】
また、２素子アレイ及び３素子アレイのいずれにおいても、間隔ｄが広いほど、低い周波数帯域において指向性Ｖ２（θ）及びＶ３（θ）が向上し、即ち狭指向性となる。そして、間隔ｄが狭いほど、狭指向性が得られる周波数ｆが高周波数側へとシフトする。
【００２７】
即ち、２素子アレイ及び３素子アレイでは、或る特定の周波数ｆ付近において、狭指向性が得られるものの、低周波数帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域において、一様に鋭い指向性が得られない。
【００２８】
そこで、本第２実施形態では、低周波数帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域において、一様に安定した鋭い指向性の得られるマイクロホン装置を実現する。
【００２９】
図１に本第２実施形態の概略構成を示す。同図に示すように、本第２実施形態では、複数、例えば５つの単一指向性マイクロホン素子１１乃至１５を使用する。そして、これら各マイクロホン素子１１乃至１５を、それぞれの基準軸が互いに平行になるように、かつ、それぞれの音波入射面を揃えた状態で、所定の距離Ｌ内に一列に配置する。なお、各マイクロホン素子１１乃至１５のうち、マイクロホン素子１２については、上記距離Ｌの両端に位置する各マイクロホン素子１１及び１５間の中間位置に配置する。そして、これら両端に位置する各マイクロホン素子１１及び１５のうちの一方、例えば同図において左端に位置するマイクロホン素子１５と、上記距離Ｌの中間位置に配置されたマイクロホン素子１２と、の間の中間位置に、マイクロホン素子１４を配置する。更に、このマイクロホン素子１４と、上記距離Ｌの中間位置に配置されたマイクロホン素子１２と、の間の中間位置に、マイクロホン素子１３を配置する。
【００３０】
上記各マイクロホン素子１１乃至１５のうち、両端に位置する各マイクロホン素子１１、１５の各出力信号を、それぞれ増幅率が１の増幅器３１、３２で増幅した後、加算器５１で加算する。これにより、上述した図４において、各マイクロホン素子１、１間の距離ｄをｄ＝Ｌとしたのと等価な２素子アレイ７１が構成される。
【００３１】
また、上記両端に位置する各マイクロホン素子１１、１５の各出力信号を、それぞれ増幅率が０．５の増幅器３３、３４により増幅して得た信号と、これら各マイクロホン素子１１、１５間の中間位置に配置されたマイクロホン素子１２の出力信号を、増幅率が１の増幅器３５により増幅して得た信号と、を加算器５２により加算する。これにより、上述した図５において、各マイクロホン素子１、１、１間の各距離ｄをｄ＝Ｌ／２とすると共に、各マイクロホン素子１、１、１の各感度をそれぞれ半分にしたのと等価な３素子アレイ７２が構成される。
【００３２】
更に、上記距離Ｌの中間位置に配置されたマイクロホン素子１２と左端に位置するマイクロホン素子１５との各出力信号を、それぞれ増幅率が０．５の増幅器３６、３７により増幅して得た信号と、これら各マイクロホン素子１２、１５間の中間位置に配置されたマイクロホン素子１４の出力信号を、増幅率が１の増幅器３８により増幅して得た信号と、を加算器５３により加算する。これにより、上述した図５において、各マイクロホン素子１、１、１間の各距離ｄをｄ＝Ｌ／４とすると共に、各マイクロホン素子１、１、１の各感度をそれぞれ半分にしたのと等価な３素子アレイ７３が構成される。
【００３３】
そして、上記距離Ｌの中間位置に配置されたマイクロホン素子１２と上記マイクロホン素子１４との各出力信号を、それぞれ増幅率が０．５の増幅器３９、４０により増幅して得た信号と、これら各マイクロホン素子１２、１４間の中間位置に配置されたマイクロホン素子１３の出力信号を、増幅率が１の増幅器４１により増幅して得た信号と、を加算器５４により加算する。これにより、上述した図５において、各マイクロホン素子１、１、１間の各距離ｄをｄ＝Ｌ／８とすると共に、各マイクロホン素子１、１、１の各感度をそれぞれ半分にしたのと等価な３素子アレイ７４が構成される。
【００３４】
即ち、上記のように構成された各マイクロホンアレイ７１乃至７４は、それぞれを構成する各マイクロホン素子１１、１２、１３、１４または１５の各配置間隔ｄが異なるので、それぞれが狭指向性を示す周波数帯域も異なる。具体的には、２素子アレイ７１については、これを構成する各マイクロホン素子１１、１５間の間隔Ｌに応じた或る周波数付近において、その指向性が最も鋭くなる。そして、各３素子アレイ７２、７３、７４については、それぞれ、上記各マイクロホン素子１１、１２、１３、１４または１５の配置間隔Ｌ／２、Ｌ／４、Ｌ／８に応じた或る周波数、概ね２素子アレイ７１が狭指向性を示す周波数の約２倍、約４倍、約８倍の各周波数付近において、狭指向性を示す。
【００３５】
そこで、本第２実施形態では、上記２素子アレイ７１（加算器５１）の出力側に、ローパスフィルタ８１を設ける。そして、このローパスフィルタ８１のカットオフ周波数ｆｃを、例えば、２素子アレイ７１がある程度の狭指向性を示す周波数の上限値に設定する。これにより、ローパスフィルタ８１からは、２素子アレイ７１の出力信号のうち、この２素子アレイ７１がある程度の狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力される。
【００３６】
また、３素子アレイ７２（加算器５２）の出力側は、ハイパスフィルタ８２とローパスフィルタ８３との直列接続から成るバンドパスフィルタ８４を設ける。そして、このバンドパスフィルタ８４の下限側及び上限側の各カットオフ周波数として、それぞれ、この３素子アレイ７２がある程度の指向性を示す周波数の下限値及び上限値を設定する。例えば、ハイパスフィルタ８２については、そのカットオフ周波数を上記ローパスフィルタ８１のカットオフ周波数ｆｃと略等価とする。一方、ローパスフィルタ８３については、そのカットオフ周波数を上記ハイパスフィルタ８２のカットオフ周波数ｆｃの２倍の周波数（２ｆｃ）に設定する。これにより、バンドパスフィルタ８４からは、３素子アレイ７２の出力信号のうち、この３素子アレイ７２がある程度の狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力される。
【００３７】
同様に、３素子アレイ７３（加算器５３）の出力側に、ハイパスフィルタ８５とローパスフィルタ８６との直列接続から成るバンドパスフィルタ８７を設ける。そして、このバンドパスフィルタ８７の下限側及び上限側の各カットオフ周波数として、それぞれ、この３素子アレイ７３がある程度の指向性を示す周波数の下限値及び上限値を設定する。例えば、ハイパスフィルタ８５については、そのカットオフ周波数を上記ローパスフィルタ８３のカットオフ周波数２ｆｃと略等価とする。一方、ローパスフィルタ８６については、そのカットオフ周波数を上記ハイパスフィルタ８５のカットオフ周波数２ｆｃの２倍の周波数（４ｆｃ）に設定する。これにより、バンドパスフィルタ８７からは、３素子アレイ７３の出力信号のうち、この３素子アレイ７３がある程度の狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力される。
【００３８】
更に、３素子アレイ７４（加算器５４）の出力側に、ハイパスフィルタ８８を設ける。そして、このハイパスフィルタ８８のカットオフ周波数を、この３素子アレイ７４がある程度の狭指向性を示す周波数の下限値に設定し、例えば、上記ローパスフィルタ８６のカットオフ周波数４ｆｃと略等価とする。これにより、ハイパスフィルタ８８からは、３素子アレイ７４の出力信号のうち、この３素子アレイ７４がある程度の狭指向性を示す周波数帯域のみの信号が出力される。
【００３９】
そして、各マイクロホンアレイ７１乃至７４の各出力信号を、それぞれ上記各フィルタ８１、８４、８７及び８８により処理した後の信号を、加算器９０で加算する。これにより、加算器９０からは、各マイクロホンアレイ７１乃至７４の各出力信号のうち、それぞれが狭指向性を示す周波数帯域の信号のみを組み合わせて得た信号Ｖ（θ）が出力される。
【００４０】
上記のように、本第２実施形態では、複数のマイクロホンアレイ７１乃至７４を用意して、これらの出力信号から、それぞれが狭指向性を示す周波数帯域のみの信号、換言すれば、各マイクロホンアレイ７１乃至７４により収音するのに都合の良い周波数帯域のみの信号、を抽出して、これら抽出して得た信号を組み合わせて出力している。従って、低周波数帯域から高周波数帯域にわたる広い周波数帯域において、一様に鋭い指向性を得ることができる。
【００４１】
また、各マイクロホン素子１１乃至１５のうち、マイクロホン素子１１については、マイクロホンアレイ７１及び７２の各構成要素として機能させている。そして、マイクロホン素子１２については、マイクロホンアレイ７２、７３及び７４の各構成要素として機能させ、マイクロホン素子１４については、マイクロホンアレイ７３及び７４の各構成要素として機能させ、マイクロホン素子１５については、マイクロホンアレイ７２及び７３の各構成要素として機能させている。このように、一部のマイクロホン素子１１、１２、１４、１５を、複数のマイクロホンアレイ７１、７２、７３または７４の各構成要素として兼用しているので、各マイクロホンアレイ７１乃至７４毎に、それぞれを構成する各マイクロホン素子を別個に設ける場合に比べて、マイクロホン素子の設置数を削減できる。よって、その分、装置全体の小型化及び低コスト化を実現できる。
【００４２】
なお、各マイクロホンアレイ７１乃至７４の各出力信号を、それぞれ上記各フィルタ８１、８４、８７及び８８で処理することにより、これら各出力信号間に位相差が生じる。そこで、各フィルタ８１、８４、８７及び８８の一部または全部の出力側に、上記位相差を補償すべく位相補償手段を設ける。
【００４３】
具体的には、ローパスフィルタ８１の出力側に、このフィルタ８１のカットオフ周波数ｆｃにおいて、その出力の位相を９０度回転させるためのオールパスフィルタ９１を設ける。これにより、ローパスフィルタ８１の出力と、これと隣接する周波数帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタ８４の出力と、の各位相を、それぞれの通過周波数帯域の連続点である上記カットオフ周波数ｆｃにおいて一致させる。
【００４４】
そして、バンドパスフィルタ８７の出力側に、このフィルタ８７の出力を反転（位相を１８０度回転）させるインバータ９２を設ける。これにより、このバンドパスフィルタ８７の出力と、これと連続する周波数帯域の信号を抽出する上記バンドパスフィルタ８４の出力と、の各位相を、その連続点であるカットオフ周波数２ｆｃにおいて一致させる。
【００４５】
更に、ハイパスフィルタ８８の出力側に、このフィルタ８８のカットオフ周波数４ｆｃにおいて、その出力を９０度回転させるためのオールパスフィルタ９３を設ける。これにより、ハイパスフィルタ８８の出力と、これと連続する周波数帯域の信号を抽出する上記バンドパスフィルタ８７の出力を上記インバータ９２により反転した信号と、の各位相を、その連続点である上記カットオフ周波数４ｆｃにおいて一致させる。
【００４６】
このように、各マイクロホンアレイ７１乃至７４の各出力信号の連続点である上記各カットオフ周波数ｆｃ、２ｆｃ及び４ｆｃにおいて、これら各出力信号の位相をそれぞれ一致させることにより、各出力信号の位相の連続性、ひいては、マイクロホン装置全体の出力Ｖ（θ）の位相の連続性を確保できる。
【００４７】
本第２実施形態においては、５つのマイクロホン素子１１乃至１５を用いたが、これ以外の数のマイクロホン素子を用いてもよい。また、これら各マイクロホン素子１１乃至１５を用いて、２素子または３素子のマイクロホンアレイ７１乃至７４を構成したが、これに限らない。例えば、全てのマイクロホンアレイ７１乃至７４を、２素子構成または３素子構成としたり、或いは、４素子以上のマイクロホン素子を組み合わせて各マイクロホンアレイ７１乃至７４を構成してもよい。勿論、マイクロホンアレイ７１乃至７４の数も、これに限らない。
【００４８】
そして、各フィルタ８１乃至８８を、それぞれ所定のマイクロホンアレイ７１乃至７４（加算器５１乃至５４）の各出力側に設けたが、これに限らない。即ち、各マイクロホンアレイ７１乃至７４を構成する各加算器５１乃至５４の各入力側と各マイクロホン素子１１乃至１５との間に、それぞれ所定のフィルタ８１乃至８８を設けてもよい。
【００４９】
また、各加算器５１乃至５４の各入力側に設けた各増幅器３１乃至４１の各増幅率を、それぞれ０．５または１としたが、それぞれの相対的な比率が本第２実施形態と同じであれば、上記値以外の増幅率としてもよい。
【００５０】
そして、本第２実施形態では、各マイクロホン素子１１乃至１５の各配置間隔を、両端に位置する各マイクロホン素子１１及び１５間の距離Ｌを基準として、その１／２、１／４または１／８としたが、これに限らない。ただし、これら各マイクロホン素子１１乃至１５の各配置間隔に基づいて、各マイクロホンアレイ７１乃至７４がそれぞれ狭指向性を示す周波数が決まる（即ち、上述した数２及び数３から明らかなように、各マイクロホン素子１１乃至１５の各配置間隔（ｄ）がそれぞれ異なるとき、各マイクロホンアレイ７１乃至７４がそれぞれ同程度の指向性Ｖ２（θ）またはＶ３（θ）を得るのは、周波数（ｆ）が上記配置間隔（ｄ）と反比例の関係にあるときである）ので、上記距離Ｌ等の所定の間隔を基準として、各マイクロホン素子１１乃至１５間の配置間隔を定めるのが都合が良い。例えば、本第２実施形態のように、各マイクロホン素子１１乃至１５間の配置間隔を、上記距離Ｌを自然数で除して得た間隔とすれば、各フィルタ８１乃至８８の各カットオフ周波数も、それぞれｆｃ、２ｆｃ及び４ｆｃと定め易くなる。勿論、各マイクロホン素子１１乃至１５のうち任意の素子間の配置間隔を基準とし、これに自然数を乗じて他の素子間の間隔を定める場合も同様である。
【００５１】
なお、本第２実施形態における上記各増幅器３１乃至４１、各加算器５１乃至５４、９０、各フィルタ８１乃至８８、９１、９３、及びインバータ９２は、例えばアナログ回路によって構成できる。また、これに限らず、ディジタル回路や、或いは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＤＳＰ（ディジタル演算処理装置）等を用いたソフトウェア処理によっても構成できる。
【００５２】
ここで、例えば、両端に位置するマイクロホン素子１１及び１５間の距離ＬをＬ＝４００ｍｍとする。そして、各フィルタ８１乃至８８を、それぞれＱ＝０．５、４次のアナログ回路構成とし、このうちローパスフィルタ８１のカットオフ周波数ｆｃをｆｃ＝７００Ｈｚとして、他のフィルタ８２乃至８８に係るカットオフ周波数及び各オールパスフィルタ９１、９３の反転周波数を定めるとする。このときのマイクロホン装置全体の指向性、即ち加算器９０の出力特性Ｖ（θ）を、図２に示す。
【００５３】
同図に示すように、各周波数ｆ（ｆ＝３５０Ｈｚ、７００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１４００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び４０００Ｈｚ、即ち上記基準となるカットオフ周波数ｆｃ＝７００Ｈｚの１／２の周波数（ｆ＝３５０Ｈｚ）若しくはその正数倍の周波数（ｆ＝７００Ｈｚ，１４００Ｈｚ）及びこのカットオフ周波数ｆｃに関係のない周波数（ｆ＝１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、３０００Ｈｚ））において、略一様に鋭い指向性Ｖ（θ）が得られることが判る。換言すれば、上述した図６から図９において、それぞれ鋭い指向性を示す都合の良い部分のみを組み合わせたのと同様な特性が得られる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマイクロホン装置は、第１乃至第３の３つのマイクロホン素子と、第１利得手段と、第１加算手段とによって、２素子アレイを２組設けたのと等価な３素子アレイを実現する。そして、この３素子アレイによって、２素子アレイよりも更に鋭い指向性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るマイクロホン装置の第２実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  同第２実施形態の指向性を示す図である。
【図３】  単一指向性マイクロホン素子の概略図である。
【図４】  従来の２素子アレイ構成のマイクロホン装置の概略構成図である。
【図５】  本発明の第１実施形態としての３素子アレイ構成のマイクロホン装置を示す図で、（ａ）は、その原理図、（ｂ）は、その概略構成図である。
【図６】  従来の２素子アレイ構成のマイクロホン装置の指向性を示す図である。
【図７】  本発明の第１実施形態の指向性を示す図である。
【図８】  同第１実施形態の指向性を示す図で、図７の場合とは異なる条件下での指向性を示す図である。
【図９】  同第１実施形態の指向性を示す図で、図７及び図８の場合とは異なる条件下での指向性を示す図である。
【符号の説明】
１１乃至１５  単一指向性マイクロホン素子
３１乃至４１  増幅器
５１乃至５４  加算器
８１乃至８８  フィルタ
９０  加算器
９１、９３  オールパスフィルタ
９２  インバータ
【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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