マイクロフォン装置、音声記録装置、及び音声記録再生装置
【課題】マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得することが可能なマイクロフォン装置を提供する。
【解決手段】マイクロフォン装置１は、光などの高い周波数の電磁波を発生する発生元に相対して設けられた一対の電磁波検出器２ａ，２ｂ、及び変換手段を備える。変換手段は、発生元と一対の電磁波検出器２ａ，２ｂとの間に存在する気体の密度差（ｎ−Δｎとｎ、ｎとｎ＋Δｎ等）を、それぞれの電磁波検出器２ａ，２ｂにおいて発生元からその気体を介して受けた電磁波の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する。
【解決手段】マイクロフォン装置１は、光などの高い周波数の電磁波を発生する発生元に相対して設けられた一対の電磁波検出器２ａ，２ｂ、及び変換手段を備える。変換手段は、発生元と一対の電磁波検出器２ａ，２ｂとの間に存在する気体の密度差（ｎ−Δｎとｎ、ｎとｎ＋Δｎ等）を、それぞれの電磁波検出器２ａ，２ｂにおいて発生元からその気体を介して受けた電磁波の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォン装置、音声記録装置、及び音声記録再生装置に関し、より詳細には、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得するマイクロフォン装置、並びに、該マイクロフォン装置を備えた音声記録装置及び音声記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音は、空気中を伝わる時、音の大きさ、高さに応じた波となる。この波は、空気の密度の濃い薄いとなって伝わるので、粗密波という。この波を電気信号に変える音声入力装置（音響機械）をこのマイクロフォン装置と呼んでいる。
【０００３】
図６は、従来の振動板方式のマイクロフォン装置の原理を説明するための概略図である。マイクロフォン装置５０は、まず、空気の粗密波を振動板５１で受ける。振動板５１はダンパ５２で支えられ、電気機械振動系を構成する。振動板の変位量を検出するのにマグネット−コイルによる方法、振動板間の電気容量を検出する方法等がある。それをアンプ５３によって電圧増幅することで電気信号に生成するのが一般的である。
【０００４】
マイクロフォン装置としては、音質を重視した自然な音の収音用に、小型で、全帯域に渡ってより指向性の鋭い超指向性マイクロフォン装置も開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の超指向性マイクロフォン装置では、３個の単一指向性マイクロフォンセルを前後方向に所定の間隔を隔てて配置し、２つのマイクロフォンセルの出力信号から抽出した差分信号と、他の２つのマイクロフォンセルの出力信号から抽出した差分信号と、これらの両差分信号間の差分信号を計算して、所定の周波数より高い周波数信号を高域通過フィルタで取り出す。また、他の２つのマイクロフォンセルの出力信号から抽出した差分信号から、周波数より低い周波数信号を低域通過フィルタで取り出す。これら２つのフィルタの出力信号の帯域境界付近の位相を合わせ、イコライザ回路で補正した出力信号を得る。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のマイクロフォン装置を含む図６で説明した従来の振動板方式では、振動板５１／ダンパ５２が音声信号の抵抗になることや、振動板５１／ダンパ５２の特性は材料等により変換特性がばらつくといった問題がある。さらに、この振動板方式では、特性的にも広帯域性／広ダイナミックレンジを訴求するのに制限がある。
【０００６】
図７は、現状の音環境を説明するための図である。図７に私たちの周りの音圧を示すが、現状の音環境では、基準音圧Ｐ０は２×１０−５Ｎ／ｍ２で定義されており、ここで例示するだけでも、音圧レベル０ｄＢ（音圧Ｐ０）〜１４０ｄＢ（音圧２０Ｎ／ｍ２）の音を測定する必要がある。更に、図７に含まれない全ての音を表そうとすると、音圧レベル０ｄＢ以下、１４０ｄＢ以上の音も測定する必要があり、上述のごとき理由から従来の振動板方式では対応できない。
【０００７】
図８は、可聴帯域を超える周波数帯域をもった楽器等を説明するための図である。周波数成分においては、図８（Ａ）のトルコ鈴、図８（Ｂ）のタンバリン、図８（Ｃ）の風鈴、図８（Ｄ）の鈴で例示するように、可聴帯域２０ｋＨｚを超え、１００ｋＨｚを超えている楽器等が存在するのがわかる。具体的には、音響信号成分は０〜１ＭＨｚと非常に広い。従来は、振動板で空気を受けてその変位量を検出していたが、可聴帯域（〜２０ｋＨｚ）を検出するだけでは充分であったが、更に低い音圧・広帯域信号成分を検出するには、振動板方式では限界であった。
【０００８】
これに対し、最近、光の反射を利用したマイクロフォン・圧力センサの実験的検討がなされはじめている（例えば、非特許文献１を参照）。図９は、従来（非特許文献１）の光反射を利用したマイクロフォン装置を説明するための模式図である。この装置で採用している方式では、曲率半径Ｒの円柱状ガラスの側面の一部にセンサ部Ｓを設け、ガラス（屈折率ｎ０）と空気（屈折率ｎｍ）との境界面Ｂにおける光の全反射を利用するものである。センサ部Ｓでは、図９に示すように、半径ｒの平行光ビームをその中心が全反射境界線ｈ上にくるように境界面Ｂに入射させると、ｈより上部にある光は反射し、下部の光は透過する。ここで、圧力変化によって空気の屈折率が変化すると境界線の位置が変動し、その結果反射光量が変化するので、反射光量の変化をフォトダイオード回路でアナログ値として検出することにより、圧力変化、音圧を測定しようとするものである。
【０００９】
なお、アナログの音声入力信号に対して適用可能な、デジタルシグマ変調１ビット符号化方式によって、入力された信号を１ビットデジタル信号に変換する装置も提案されている（例えば、特許文献２−４を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７３０５３号公報
【特許文献２】特開平１０−１７８３４６号公報
【特許文献３】特開２０００−３３２５５３号公報
【特許文献４】特開２００４−３６３７７１号公報
【非特許文献１】鈴木靖、城戸健一著、「光の反射を利用したマイクロホン・圧力センサの実験的検討」、日本音響学会講演論文集、２００５年３月、４９５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のごとく従来の振動板方式のマイクロフォン装置では、変換特性がばらつくだけでなく、広帯域性／広ダイナミックレンジを有するよう構成することは不可能である。実際、マイクロフォン装置の特性は、マイク形状と振動板とダンパによる周波数特性、アンプの特性、ＡＤコンバータの特性により決まる。ここで、振動板／ダンパは重量／材質の選定、アンプはアナログアンプの高性能化、ＡＤコンバータは種類によって決まるが、より広帯域性／広ダイナミックレンジを目指し、それぞれ良質なものを選択すると当然コスト高となる。
【００１１】
例えば、特許文献２−４に記載のごとき装置を選択し、上述のごとき従来のマイクロフォン装置で入力したアナログの音声入力信号を１ビットのデジタル信号にＡＤ変換した場合であっても、当然、マイクロフォン装置は振動板にてアナログ的に音声信号を取得しており、入力音声信号の品質に限界があるだけでなく、そのＡＤコンバータ自体のコストが嵩むこととなる。
【００１２】
また、非特許文献１をはじめとする従来の光を利用したマイクロフォン方式は、アナログ信号の線形性を生かした検出を目指しており、結局フォトダイオード回路などでなるセンサは、音圧検出感度が非常に小さいために増幅が必要であることや、振動の影響を受けること、さらには光の散乱の問題など、様々な要因から精度高く構成できない。事実、非特許文献１では、信号検出の結果を示せるまでに至っていない。このように、従来技術による光を利用したマイクロフォン方式では、物理的に如何にしてピックアップするかが問題となっている。
【００１３】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得することが可能なマイクロフォン装置、そのマイクロフォン装置を備え、劣化なく音声信号を記録することが可能な音声記録装置、並びに、その音声記録装置を備え、劣化なく音声信号を取得して出力することが可能な音声記録再生装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述のごとき課題を解決するために、以下の各技術手段でそれぞれ構成される。
【００１５】
第１の技術手段は、高い周波数の電磁波を用い、音声信号を取り出すマイクロフォン装置であって、前記電磁波の発生元に相対して設けられた一対の電磁波検出器と、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する変換手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１６】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記電磁波を発生する電磁波発生器を備えたことを特徴としたものである。
【００１７】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記一対の電磁波検出器は、それぞれの検出部が連続して隣り合う位置に配置されることを特徴としたものである。
【００１８】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれかの技術手段において、前記変換手段は、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分を求める差分手段と、該差分手段で得られた差分を所定の閾値で閾値処理して１ビットのデジタル信号列を出力する閾値処理手段とを有し、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴としたものである。
【００１９】
第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記閾値処理手段は、前記閾値処理後のアナログ信号を前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数によりリシェイプして、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴としたものである。
【００２０】
第６の技術手段は、第１乃至第５のいずれかの技術手段において、前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号をマルチビットのデジタル信号にするフィルタをさらに備えたことを特徴としたものである。
【００２１】
第７の技術手段は、第１乃至第６のいずれかの技術手段において、前記電磁波は光であることを特徴としたものである。
【００２２】
第８の技術手段は、第７の技術手段において、前記電磁波を発生する発生元として、前記高い周波数のパルス信号を発生する信号発生器と、該信号発生器で発生したパルス信号に基づき、レーザ光を発生する光パルス信号発生器とを備えたことを特徴としたものである。
【００２３】
第９の技術手段は、第１乃至第８のいずれかの技術手段におけるマイクロフォン装置と、前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して記録する１ビット記録手段とを備えた音声記録装置である。
【００２４】
第１０の技術手段は、第９の技術手段における音声記録装置と、該音声記録装置で記録された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して１ビットのデジタル音声信号で出力する音声出力手段とを備えた音声記録再生装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るマイクロフォン装置によれば、マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得することが可能となる。また、本発明に係る音声記録装置によれば、そのマイクロフォン装置を備え、劣化なく音声信号を記録することが可能となる。さらに、本発明に係る音声記録再生装置によれば、その音声記録装置を備え、劣化なく音声信号を取得して出力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロフォン装置の一構成例を示す図で、図２は、音声の粗密によって変わる媒体としての気体の屈折率の変化を概略的に説明するための図である。図１において、１はマイクロフォン装置、２ａ，２ｂは一対の光検出器である。
【００２７】
以下、本発明に関し、より好ましい形態である、光を発生させてそれを光検出器２ａ，２ｂで受光する例についてのみ説明するが、本発明は、音波に比べて高い周波数の電磁波を発生する発生元（例えば電磁波発生器）に対し、そこから発生した電磁波を検出する一対の電磁波検出器を備えた形態であっても適用可能である。本発明で利用する電磁波として、光が好ましいのは、光が一番、空気の密度変化に対して曲がり易いためである。また、光の中でもより高い周波数の光が分解能の点で好ましく、また、検出精度の面から単色のレーザ光であることが好ましい。光以外の電磁波を利用する場合には、一対の光検出器２ａ，２ｂの代わりに一対の電気変換器等の電磁波検出器を採用すればよい。
【００２８】
マイクロフォン装置１は、光（以下、レーザ光Ｌで説明する）を発生する発生元に相対して設けられた一対の光検出器２ａ，２ｂ、及び、次の変換手段を備える。この変換手段は、発生元と一対の光検出器２ａ，２ｂとの間に存在する気体の密度差（ｎ−Δｎとｎ、ｎとｎ＋Δｎ等）を、それぞれの光検出器２ａ，２ｂにおいて発生元からその気体（音波により粗密のある気体）を介して受けた光の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する。
【００２９】
このようなデジタル音声信号の取得が可能となる原理について、図２を併せて参照して説明する。なお、図２において、気体としては、通常のマイクロフォン装置１の使用形態を鑑みると通常空気が該当するが、空気である必要はなく他の気体であっても、音声によって粗密が生じるものであればよい。
【００３０】
まず、発生元からパルス駆動により発生したレーザ光Ｌに相対して一対の光検出器（２分割受光器とも言える）２ａ，２ｂを配置しておく。その間の気体に被測定音声Ａを通過させる。被測定音声Ａは所定の周波数で振動しており、密度差が生じる。その結果、屈折率の差が発生し、光の進行方向が変えられる。これが基本原理である。
【００３１】
図２に示すように、疎密波として空気を伝播する音声Ａによって、媒体である空気は、時間Ｔ−Δｔ，Ｔ，Ｔ＋Δｔに対し、その屈折率がそれぞれｎ−Δｎ，ｎ，ｎ＋Δｎと変化する。図１に示すようにレーザ光Ｌは照射される空気の屈折率により、例えば屈折率の大きい下部（光検出器２ｂの受光部側）に光の重心が移り、屈折光Ｌ′となる。その結果、光検出器２ｂの受光量（出力をＡ２信号とする）は、屈折率の小さい上部（光検出器２ａの受光部側）の受光量（出力をＡ１信号とする）より多くなる。なお、光はガウス分布をしており、そのセンタがシフトする。例えば、屈折率がｎの波がレーザ光Ｌの光路にきたときに真っ直ぐに、屈折率がｎ＋Δｎの波がレーザ光Ｌの光路にきたときには図１において下に曲がる。このように、レーザ光Ｌは、密度差によって、平均値に対して相対的に上にいったり下にいったりする。そして、それらの信号成分Ａ１，Ａ２の差を、１ビットのデジタル信号として取り出す。
【００３２】
このように、本発明に係る検出方法では、従来のごとくアナログの線形性で取り出すような発想ではなく、デジタル信号として直接で取り出すようにしている。従って、本発明に係るマイクロフォン装置によれば、振動板／ダンパの影響は無くなり、アンプ回路は簡易でよく、マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の光を用いてデジタル音声信号を取得することが可能となる。例えば、本発明によると、振動板やダンパの影響が無くなり、被測定音声Ａとしては、広い音圧範囲（１４０ｄＢ以上）且つ広帯域（０〜１ＭＨｚ、原理的には１ＧＨｚやそれ以上の周波数でも可）の粗密波に対しても測定が可能であり、さらにはばらつきが少ないマイクロフォン装置の設計が可能となる。
【００３３】
また、一対の光検出器２ａ，２ｂは、それぞれの検出部が連続して隣り合う位置に配置されることが好ましい。例えば、光検出器２ａと光検出器２ｂとが同じ数のフォトセンサからなる検出器であった場合、それらの境界におけるフォトセンサ間の間隔は、好ましくは光検出器２ａ（及び光検出器２ｂ）内のフォトセンサの間隔と同じに配設するとよい。
【００３４】
図３は、図１のマイクロフォン装置の回路構成の一例を示す図で、図中、１０はマイクロフォン装置１の一例としてのマイクロフォン装置、１１は信号発生器の一例としての高速信号発生器、１２は光パルス信号発生器の一例としてのレーザダイオード、１３は光検出器２ａ，２ｂの一例としての２分割受光器、１４ａ，１４ｂは増幅器（アンプ）、１５ａ，１５ｂはスイッチ、１６ａ，１６ｂはコンデンサ、１７は差分演算処理回路、１８はリシェイプ処理回路、１９はデシメーションフィルタである。
【００３５】
上述した変換手段としては、光発生器、差分手段、並びに閾値処理手段を備え、１ビットのデジタル信号列をデジタル音声信号として出力することが好ましい。光発生器としては、１０ＭＨｚ等の高速のパルスを発生させる高速信号発生器１１、及び、高速信号発生器１１で発生したパルスで駆動され、そのパルスに応じたレーザ光Ｌを発生させるレーザダイオード１２等で構成される。
【００３６】
なお、高速信号発生器１１での振動数が、音声信号の信号密度に対応することになる。従って、本発明に係るマイクロフォン装置１０（後述するように１ビットＡＤコンバータを具備）を実現するには、可能な限り高サンプリングであることが好ましい。ここでは、再生メディアＳＡＣＤは２．８ＭＨｚ、１ビットデジタルアンプでは１０ＭＨｚで実現されているので、コーデイング系ではサンプリング周波数は、例えば最低１０ＭＨｚとすることが好ましい。
【００３７】
差分手段とは、２分割受光器（一対の光検出器２ａ，２ｂ）との間に存在する気体の密度差を、それぞれの受光部において光発生器から受けた光の検出量の差分を求める手段であり、スイッチ１５ａ，１５ｂ及びコンデンサ１６ａ，１６ｂで例示するサンプルホールド部と差分演算処理回路１７とで例示する。
【００３８】
差分演算処理回路１７は、このサンプルホールド部によって、時間的にディレイを生じさせ、Ａ１信号及びＡ２信号の入力に対し、差分をとる。このディレイは、高速信号発生器１１の発生信号によってスイッチ１５ａ，１５ｂを交互にスイッチングすることで生じさせている。また、このスイッチングによって、オン期間に、それぞれコンデンサ１６ａ，１６ｂに蓄えられた電荷が、差分演算処理回路１７に入力され、それらの差がアナログ信号として差分演算処理回路１７から出力される。コンデンサ１６ａ，１６ｂにより、標本化がなされているとも言える。Ａ１信号，Ａ２信号に対し、高速信号発生器１１の発生周期の間で受光する総受光量分の電荷が、それぞれコンデンサ１６ａ，１６ｂに蓄えられ、差分演算処理回路１７に出力されることとなる。また、図３の例では、それぞれの受光部で受光した受光量の信号Ａ１，Ａ２が弱いときなどにも対応可能なよう、それぞれアンプ１４ａ，１４ｂを介して信号を増幅している。
【００３９】
また、閾値処理手段は、この差分手段で得られた差分を所定の閾値で閾値処理して１ビットのデジタル信号列を出力する手段であり、差分演算処理回路１７から出力されたアナログ信号を、高速信号発生器１１の発生周波数又はそれと同等の周波数（同期をとる必要はある）でリシェイプして、１ビットのデジタル信号列をデジタル音声信号として出力するリシェイプ処理回路１８で例示している。なお、閾値処理手段は、リシェイプ処理回路１８だけでなく、上述のサンプルホールド部の一機能も含まれるとも考えられる。
【００４０】
上述のごとき構成により、マイクロフォン装置１０では、振動板を用いず、音圧を直接、粗密波で測定するものである。このマイクロフォン装置１０は、高速パルス信号発生器１１（１０ＭＨｚ）で発生した信号により、レーザをパルス駆動し、それに相対して配置した２分割受光器１３とレーザ光Ｌの発生元との間を被測定空気が通過し、密度差により、屈折率が変り、光の進行方向が曲げられ、それに従い受光部１３の２分割受光では曲がる方向により得られる光信号（Ａ１信号及びＡ２信号）を生成する。さらに、マイクロフォン装置１０は、生成した光信号をアンプ１４ａ，１４ｂで増幅して、サンプルホールド部で、高速信号発生器１１の発生周波数でサンプルホールドされたそれらのサンプルホールド信号を、差分演算処理回路１７で差分演算処理する。
【００４１】
リシェイプ処理回路１８では、最初の高速パルス信号により波形整形処理して、１ビットのデジタル信号列を出力する。リシェイプ処理回路１８は、差分演算処理回路１７から出力されたアナログ信号を、高速信号発生器１１の高速パルス信号（ここでは１０ＭＨｚ）により、Ａ１＞Ａ２のときに“１”、Ａ１＜Ａ２のときに“０”、といった具合に波形整形処理する。なお、図１の例では、Ａ２信号のほうが信号成分が大きい瞬間であり“０”が出力される。ここで生成・出力されるデジタル信号列は、高速の１ビットストリーム信号であり、高速信号発生器１１での発生周波数に基づく速さをもっている。
【００４２】
このように、本発明の方式は、受光器１３、アンプ１４ａ，１４ｂ、スイッチ１５ａ，１５ｂ、コンデンサ１６ａ，１６ｂ、差分演算処理回路１７、及びリシェイプ処理回路１８によって、上述のストリーミング列が高速１ビットＡＤコンバータ信号となる１ビットＡＤコンバータを構成しているとも言える。従って、本発明に係るマイクロフォン装置１０は、光で検出すること、並びにそれをＡＤコンバータで変換することの２点の特徴をもち、さらにそのＡＤコンバータは１ビットＡＤコンバータである。このように、本発明は、１ビット技術をシステムの中に取り込んだものであり、結果として高性能化が図れる。本発明に係るマイクロフォン装置１０は、振動板を用いず、高速光パルス信号によって駆動する１ビットＡＤコンバータ内蔵のマイクロフォン装置、或いは１ビットＡＤデジタルマイクロフォンであるとも言える。
【００４３】
また、このマイクロフォン装置１０は、ディレイが高速信号発生器１１の周期分しか、例えば１０ＭＨｚでサンプリングした場合１０Ｍビットのディレイしか存在しないので、品質的にアナログに近い信号であるだけでなく、デジタル信号であるので、ラインを通した際、記録や再生する際でも、アナログ信号のように劣化を生じない。
【００４４】
また、後述するような１ビットデジタル信号の記録装置や再生装置が一般的に使用されるまでは、このままの信号では、処理できない装置の場合に対応可能とする必要がある。そのため、マイクロフォン装置１０は、デシメーションフィルタ１９を備えることが好ましい。デシメーションフィルタ１９は、上述の変換手段出力された１ビットのデジタル音声信号（図３ではリシェイプ処理回路１８から出力された信号）をマルチビットのデジタル信号にするフィルタ（符号化フィルタとも言える）であり、間引き処理を行うフィルタであっても、平滑化を行うフィルタであってもよく、その形態は問わない。
【００４５】
また、マイクロフォン装置１としては、上述のごとく光発生器は必須でなく、外部の光発生装置と接続されていてもよいが、少なくとも光検出器２ａ，２ｂに対して固定されている必要がある。なお、本明細書中では、マイクの形状（音声を受ける部分の形状）は問わないが、マイクの形状としては、レーザ光Ｌを照射する部分を音が入らないように覆い、音声通過部分を上手く他の部分と分けておくとよい。
【００４６】
図４は、本発明の他の実施形態に係る音声記録装置の回路構成例を示す図で、図中、２０は１ビット記録手段の一例としての記録媒体駆動装置、３０は記録ディスクである。ここで、図３と同じ構成要素には同じ符号を付して、その応用を含めた説明を省略する。
【００４７】
本発明に係る音声記録装置は、上述のごときマイクロフォン装置１０を備え、変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号を、光発生器における光の発生周波数（又は発生周波数と同等の周波数；但し同期の必要あり）により駆動して記録する１ビット記録手段とを備えるものとする。
【００４８】
図４では、この１ビット記録手段の一例として記録媒体駆動装置２０（及びその記録対象の記録ディスク３０）を備えた例を示している。記録媒体駆動装置２０は、高速信号発生器１１の発生周波数を駆動クロックとして用いるか、或いは同期が必要であるが同等の周波数を駆動クロックとして用いる。記録ディスク３０としては、ＤＶＤやＣＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクなど、様々なディスクメディアが挙げられるが、他の形状のメディアであってもよい。また、記録ディスク３０の代わりに、記録媒体駆動装置２０がハードディスクドライブ（ＨＤＤ）及びそのコントローラであり、記録媒体がＨＤである場合も適用可能である。
【００４９】
また、本発明に係る音声記録装置によれば、上述のマイクロフォン装置を備えており、その１ビットデジタル信号をそのまま記録するので、劣化なく音声信号を記録することが可能となる。また、この音声記録装置は、デシメーションフィルタ１９を備えた形態であっても適用可能であるが、フィルタ通過後の信号がマルチビット信号となる。
【００５０】
図５は、本発明の他の実施形態に係る音声記録再生装置の回路構成例を示す図で、図中、２１は１ビット記録手段兼音声出力手段の一例としての記録媒体駆動装置、２２はアンプ、２３はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２４はスピーカである。ここで、図３及び図４と同じ構成要素には同じ符号を付して、その応用を含めた説明を省略する。
【００５１】
本発明に係る音声記録再生装置は、図４で説明のごとき音声記録装置を備え、音声記録装置で記録された１ビットのデジタル音声信号を、光発生器における光の発生周波数（又は発生周波数と同等の周波数；但し同期の必要あり）により駆動して読み出して、１ビットのデジタル音声信号で出力する音声出力手段を備えるものとする。
【００５２】
図５では、この１ビット記録手段兼音声出力手段の一例として記録媒体駆動装置２１（及びその記録／読出対象の記録ディスク３０）を備えた例を示している。記録媒体駆動装置２１において、１ビット記録手段として記録部を、音声出力手段として再生部を例示している。記録媒体駆動装置２１は、高速信号発生器１１の発生周波数を駆動クロックとして用いるか、或いは同期が必要であるが同等の周波数を駆動クロックとして用いる。記録ディスク３０も、図４で説明したものと同様であり、また記録媒体がＨＤである場合も適用可能である。
【００５３】
さらに、図５の例では、記録媒体駆動装置２１における再生部から出力した１ビットデジタル信号をアンプ２２で増幅し、ＬＰＦ２３を経て、アナログ信号に変換して、スピーカ２４で音声として再生している。
【００５４】
このように、本発明に係る音声記録再生装置によれば、上述の音声記録装置を備え、劣化なく音声信号を取得して記録し、それを出力することが可能となる。また、この音声記録再生装置は、デシメーションフィルタ１９を備えた形態であっても適用可能であるが、フィルタ通過後の信号がマルチビット信号となる。このように、マイクロフォン装置からの記録のサンプリングと、同じサンプリング周波数で再生する一体型のシステムを構築することで、入力から出力まで、一番良い状態でデジタル保存できる。ここで、例えば再生系が２０ＭＨｚなら発生器も２０ＭＨｚなど、等価にすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロフォン装置の一構成例を示す図である。
【図２】音声の粗密によって変わる媒体としての気体の屈折率の変化を概略的に説明するための図である。
【図３】図１のマイクロフォン装置の回路構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る音声記録装置の回路構成例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る音声記録再生装置の回路構成例を示す図である。
【図６】従来の振動板方式のマイクロフォン装置の原理を説明するための概略図である。
【図７】現状の音環境を説明するための図である。
【図８】可聴帯域を超える周波数帯域をもった楽器等を説明するための図である。
【図９】従来（非特許文献１）の光反射を利用したマイクロフォン装置を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１０…マイクロフォン装置、２ａ，２ｂ…光検出器、１１…高速信号発生器、１２…レーザダイオード、１３…２分割受光器、１４ａ，１４ｂ，２２…増幅器（アンプ）、１５ａ，１５ｂ…スイッチ、１６ａ，１６ｂ…コンデンサ、１７…差分演算処理回路、１８…リシェイプ処理回路、１９…デシメーションフィルタ、２０，２１…記録媒体駆動装置、２３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２４…スピーカ、３０…記録ディスク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォン装置、音声記録装置、及び音声記録再生装置に関し、より詳細には、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得するマイクロフォン装置、並びに、該マイクロフォン装置を備えた音声記録装置及び音声記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音は、空気中を伝わる時、音の大きさ、高さに応じた波となる。この波は、空気の密度の濃い薄いとなって伝わるので、粗密波という。この波を電気信号に変える音声入力装置（音響機械）をこのマイクロフォン装置と呼んでいる。
【０００３】
図６は、従来の振動板方式のマイクロフォン装置の原理を説明するための概略図である。マイクロフォン装置５０は、まず、空気の粗密波を振動板５１で受ける。振動板５１はダンパ５２で支えられ、電気機械振動系を構成する。振動板の変位量を検出するのにマグネット−コイルによる方法、振動板間の電気容量を検出する方法等がある。それをアンプ５３によって電圧増幅することで電気信号に生成するのが一般的である。
【０００４】
マイクロフォン装置としては、音質を重視した自然な音の収音用に、小型で、全帯域に渡ってより指向性の鋭い超指向性マイクロフォン装置も開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の超指向性マイクロフォン装置では、３個の単一指向性マイクロフォンセルを前後方向に所定の間隔を隔てて配置し、２つのマイクロフォンセルの出力信号から抽出した差分信号と、他の２つのマイクロフォンセルの出力信号から抽出した差分信号と、これらの両差分信号間の差分信号を計算して、所定の周波数より高い周波数信号を高域通過フィルタで取り出す。また、他の２つのマイクロフォンセルの出力信号から抽出した差分信号から、周波数より低い周波数信号を低域通過フィルタで取り出す。これら２つのフィルタの出力信号の帯域境界付近の位相を合わせ、イコライザ回路で補正した出力信号を得る。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のマイクロフォン装置を含む図６で説明した従来の振動板方式では、振動板５１／ダンパ５２が音声信号の抵抗になることや、振動板５１／ダンパ５２の特性は材料等により変換特性がばらつくといった問題がある。さらに、この振動板方式では、特性的にも広帯域性／広ダイナミックレンジを訴求するのに制限がある。
【０００６】
図７は、現状の音環境を説明するための図である。図７に私たちの周りの音圧を示すが、現状の音環境では、基準音圧Ｐ０は２×１０−５Ｎ／ｍ２で定義されており、ここで例示するだけでも、音圧レベル０ｄＢ（音圧Ｐ０）〜１４０ｄＢ（音圧２０Ｎ／ｍ２）の音を測定する必要がある。更に、図７に含まれない全ての音を表そうとすると、音圧レベル０ｄＢ以下、１４０ｄＢ以上の音も測定する必要があり、上述のごとき理由から従来の振動板方式では対応できない。
【０００７】
図８は、可聴帯域を超える周波数帯域をもった楽器等を説明するための図である。周波数成分においては、図８（Ａ）のトルコ鈴、図８（Ｂ）のタンバリン、図８（Ｃ）の風鈴、図８（Ｄ）の鈴で例示するように、可聴帯域２０ｋＨｚを超え、１００ｋＨｚを超えている楽器等が存在するのがわかる。具体的には、音響信号成分は０〜１ＭＨｚと非常に広い。従来は、振動板で空気を受けてその変位量を検出していたが、可聴帯域（〜２０ｋＨｚ）を検出するだけでは充分であったが、更に低い音圧・広帯域信号成分を検出するには、振動板方式では限界であった。
【０００８】
これに対し、最近、光の反射を利用したマイクロフォン・圧力センサの実験的検討がなされはじめている（例えば、非特許文献１を参照）。図９は、従来（非特許文献１）の光反射を利用したマイクロフォン装置を説明するための模式図である。この装置で採用している方式では、曲率半径Ｒの円柱状ガラスの側面の一部にセンサ部Ｓを設け、ガラス（屈折率ｎ０）と空気（屈折率ｎｍ）との境界面Ｂにおける光の全反射を利用するものである。センサ部Ｓでは、図９に示すように、半径ｒの平行光ビームをその中心が全反射境界線ｈ上にくるように境界面Ｂに入射させると、ｈより上部にある光は反射し、下部の光は透過する。ここで、圧力変化によって空気の屈折率が変化すると境界線の位置が変動し、その結果反射光量が変化するので、反射光量の変化をフォトダイオード回路でアナログ値として検出することにより、圧力変化、音圧を測定しようとするものである。
【０００９】
なお、アナログの音声入力信号に対して適用可能な、デジタルシグマ変調１ビット符号化方式によって、入力された信号を１ビットデジタル信号に変換する装置も提案されている（例えば、特許文献２−４を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７３０５３号公報
【特許文献２】特開平１０−１７８３４６号公報
【特許文献３】特開２０００−３３２５５３号公報
【特許文献４】特開２００４−３６３７７１号公報
【非特許文献１】鈴木靖、城戸健一著、「光の反射を利用したマイクロホン・圧力センサの実験的検討」、日本音響学会講演論文集、２００５年３月、４９５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のごとく従来の振動板方式のマイクロフォン装置では、変換特性がばらつくだけでなく、広帯域性／広ダイナミックレンジを有するよう構成することは不可能である。実際、マイクロフォン装置の特性は、マイク形状と振動板とダンパによる周波数特性、アンプの特性、ＡＤコンバータの特性により決まる。ここで、振動板／ダンパは重量／材質の選定、アンプはアナログアンプの高性能化、ＡＤコンバータは種類によって決まるが、より広帯域性／広ダイナミックレンジを目指し、それぞれ良質なものを選択すると当然コスト高となる。
【００１１】
例えば、特許文献２−４に記載のごとき装置を選択し、上述のごとき従来のマイクロフォン装置で入力したアナログの音声入力信号を１ビットのデジタル信号にＡＤ変換した場合であっても、当然、マイクロフォン装置は振動板にてアナログ的に音声信号を取得しており、入力音声信号の品質に限界があるだけでなく、そのＡＤコンバータ自体のコストが嵩むこととなる。
【００１２】
また、非特許文献１をはじめとする従来の光を利用したマイクロフォン方式は、アナログ信号の線形性を生かした検出を目指しており、結局フォトダイオード回路などでなるセンサは、音圧検出感度が非常に小さいために増幅が必要であることや、振動の影響を受けること、さらには光の散乱の問題など、様々な要因から精度高く構成できない。事実、非特許文献１では、信号検出の結果を示せるまでに至っていない。このように、従来技術による光を利用したマイクロフォン方式では、物理的に如何にしてピックアップするかが問題となっている。
【００１３】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得することが可能なマイクロフォン装置、そのマイクロフォン装置を備え、劣化なく音声信号を記録することが可能な音声記録装置、並びに、その音声記録装置を備え、劣化なく音声信号を取得して出力することが可能な音声記録再生装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述のごとき課題を解決するために、以下の各技術手段でそれぞれ構成される。
【００１５】
第１の技術手段は、高い周波数の電磁波を用い、音声信号を取り出すマイクロフォン装置であって、前記電磁波の発生元に相対して設けられた一対の電磁波検出器と、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する変換手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１６】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記電磁波を発生する電磁波発生器を備えたことを特徴としたものである。
【００１７】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記一対の電磁波検出器は、それぞれの検出部が連続して隣り合う位置に配置されることを特徴としたものである。
【００１８】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれかの技術手段において、前記変換手段は、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分を求める差分手段と、該差分手段で得られた差分を所定の閾値で閾値処理して１ビットのデジタル信号列を出力する閾値処理手段とを有し、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴としたものである。
【００１９】
第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記閾値処理手段は、前記閾値処理後のアナログ信号を前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数によりリシェイプして、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴としたものである。
【００２０】
第６の技術手段は、第１乃至第５のいずれかの技術手段において、前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号をマルチビットのデジタル信号にするフィルタをさらに備えたことを特徴としたものである。
【００２１】
第７の技術手段は、第１乃至第６のいずれかの技術手段において、前記電磁波は光であることを特徴としたものである。
【００２２】
第８の技術手段は、第７の技術手段において、前記電磁波を発生する発生元として、前記高い周波数のパルス信号を発生する信号発生器と、該信号発生器で発生したパルス信号に基づき、レーザ光を発生する光パルス信号発生器とを備えたことを特徴としたものである。
【００２３】
第９の技術手段は、第１乃至第８のいずれかの技術手段におけるマイクロフォン装置と、前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して記録する１ビット記録手段とを備えた音声記録装置である。
【００２４】
第１０の技術手段は、第９の技術手段における音声記録装置と、該音声記録装置で記録された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して１ビットのデジタル音声信号で出力する音声出力手段とを備えた音声記録再生装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るマイクロフォン装置によれば、マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の電磁波を用いて音声信号を取得することが可能となる。また、本発明に係る音声記録装置によれば、そのマイクロフォン装置を備え、劣化なく音声信号を記録することが可能となる。さらに、本発明に係る音声記録再生装置によれば、その音声記録装置を備え、劣化なく音声信号を取得して出力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロフォン装置の一構成例を示す図で、図２は、音声の粗密によって変わる媒体としての気体の屈折率の変化を概略的に説明するための図である。図１において、１はマイクロフォン装置、２ａ，２ｂは一対の光検出器である。
【００２７】
以下、本発明に関し、より好ましい形態である、光を発生させてそれを光検出器２ａ，２ｂで受光する例についてのみ説明するが、本発明は、音波に比べて高い周波数の電磁波を発生する発生元（例えば電磁波発生器）に対し、そこから発生した電磁波を検出する一対の電磁波検出器を備えた形態であっても適用可能である。本発明で利用する電磁波として、光が好ましいのは、光が一番、空気の密度変化に対して曲がり易いためである。また、光の中でもより高い周波数の光が分解能の点で好ましく、また、検出精度の面から単色のレーザ光であることが好ましい。光以外の電磁波を利用する場合には、一対の光検出器２ａ，２ｂの代わりに一対の電気変換器等の電磁波検出器を採用すればよい。
【００２８】
マイクロフォン装置１は、光（以下、レーザ光Ｌで説明する）を発生する発生元に相対して設けられた一対の光検出器２ａ，２ｂ、及び、次の変換手段を備える。この変換手段は、発生元と一対の光検出器２ａ，２ｂとの間に存在する気体の密度差（ｎ−Δｎとｎ、ｎとｎ＋Δｎ等）を、それぞれの光検出器２ａ，２ｂにおいて発生元からその気体（音波により粗密のある気体）を介して受けた光の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する。
【００２９】
このようなデジタル音声信号の取得が可能となる原理について、図２を併せて参照して説明する。なお、図２において、気体としては、通常のマイクロフォン装置１の使用形態を鑑みると通常空気が該当するが、空気である必要はなく他の気体であっても、音声によって粗密が生じるものであればよい。
【００３０】
まず、発生元からパルス駆動により発生したレーザ光Ｌに相対して一対の光検出器（２分割受光器とも言える）２ａ，２ｂを配置しておく。その間の気体に被測定音声Ａを通過させる。被測定音声Ａは所定の周波数で振動しており、密度差が生じる。その結果、屈折率の差が発生し、光の進行方向が変えられる。これが基本原理である。
【００３１】
図２に示すように、疎密波として空気を伝播する音声Ａによって、媒体である空気は、時間Ｔ−Δｔ，Ｔ，Ｔ＋Δｔに対し、その屈折率がそれぞれｎ−Δｎ，ｎ，ｎ＋Δｎと変化する。図１に示すようにレーザ光Ｌは照射される空気の屈折率により、例えば屈折率の大きい下部（光検出器２ｂの受光部側）に光の重心が移り、屈折光Ｌ′となる。その結果、光検出器２ｂの受光量（出力をＡ２信号とする）は、屈折率の小さい上部（光検出器２ａの受光部側）の受光量（出力をＡ１信号とする）より多くなる。なお、光はガウス分布をしており、そのセンタがシフトする。例えば、屈折率がｎの波がレーザ光Ｌの光路にきたときに真っ直ぐに、屈折率がｎ＋Δｎの波がレーザ光Ｌの光路にきたときには図１において下に曲がる。このように、レーザ光Ｌは、密度差によって、平均値に対して相対的に上にいったり下にいったりする。そして、それらの信号成分Ａ１，Ａ２の差を、１ビットのデジタル信号として取り出す。
【００３２】
このように、本発明に係る検出方法では、従来のごとくアナログの線形性で取り出すような発想ではなく、デジタル信号として直接で取り出すようにしている。従って、本発明に係るマイクロフォン装置によれば、振動板／ダンパの影響は無くなり、アンプ回路は簡易でよく、マイク形状以外の影響を除外し、精度良く、光等の高い周波数の光を用いてデジタル音声信号を取得することが可能となる。例えば、本発明によると、振動板やダンパの影響が無くなり、被測定音声Ａとしては、広い音圧範囲（１４０ｄＢ以上）且つ広帯域（０〜１ＭＨｚ、原理的には１ＧＨｚやそれ以上の周波数でも可）の粗密波に対しても測定が可能であり、さらにはばらつきが少ないマイクロフォン装置の設計が可能となる。
【００３３】
また、一対の光検出器２ａ，２ｂは、それぞれの検出部が連続して隣り合う位置に配置されることが好ましい。例えば、光検出器２ａと光検出器２ｂとが同じ数のフォトセンサからなる検出器であった場合、それらの境界におけるフォトセンサ間の間隔は、好ましくは光検出器２ａ（及び光検出器２ｂ）内のフォトセンサの間隔と同じに配設するとよい。
【００３４】
図３は、図１のマイクロフォン装置の回路構成の一例を示す図で、図中、１０はマイクロフォン装置１の一例としてのマイクロフォン装置、１１は信号発生器の一例としての高速信号発生器、１２は光パルス信号発生器の一例としてのレーザダイオード、１３は光検出器２ａ，２ｂの一例としての２分割受光器、１４ａ，１４ｂは増幅器（アンプ）、１５ａ，１５ｂはスイッチ、１６ａ，１６ｂはコンデンサ、１７は差分演算処理回路、１８はリシェイプ処理回路、１９はデシメーションフィルタである。
【００３５】
上述した変換手段としては、光発生器、差分手段、並びに閾値処理手段を備え、１ビットのデジタル信号列をデジタル音声信号として出力することが好ましい。光発生器としては、１０ＭＨｚ等の高速のパルスを発生させる高速信号発生器１１、及び、高速信号発生器１１で発生したパルスで駆動され、そのパルスに応じたレーザ光Ｌを発生させるレーザダイオード１２等で構成される。
【００３６】
なお、高速信号発生器１１での振動数が、音声信号の信号密度に対応することになる。従って、本発明に係るマイクロフォン装置１０（後述するように１ビットＡＤコンバータを具備）を実現するには、可能な限り高サンプリングであることが好ましい。ここでは、再生メディアＳＡＣＤは２．８ＭＨｚ、１ビットデジタルアンプでは１０ＭＨｚで実現されているので、コーデイング系ではサンプリング周波数は、例えば最低１０ＭＨｚとすることが好ましい。
【００３７】
差分手段とは、２分割受光器（一対の光検出器２ａ，２ｂ）との間に存在する気体の密度差を、それぞれの受光部において光発生器から受けた光の検出量の差分を求める手段であり、スイッチ１５ａ，１５ｂ及びコンデンサ１６ａ，１６ｂで例示するサンプルホールド部と差分演算処理回路１７とで例示する。
【００３８】
差分演算処理回路１７は、このサンプルホールド部によって、時間的にディレイを生じさせ、Ａ１信号及びＡ２信号の入力に対し、差分をとる。このディレイは、高速信号発生器１１の発生信号によってスイッチ１５ａ，１５ｂを交互にスイッチングすることで生じさせている。また、このスイッチングによって、オン期間に、それぞれコンデンサ１６ａ，１６ｂに蓄えられた電荷が、差分演算処理回路１７に入力され、それらの差がアナログ信号として差分演算処理回路１７から出力される。コンデンサ１６ａ，１６ｂにより、標本化がなされているとも言える。Ａ１信号，Ａ２信号に対し、高速信号発生器１１の発生周期の間で受光する総受光量分の電荷が、それぞれコンデンサ１６ａ，１６ｂに蓄えられ、差分演算処理回路１７に出力されることとなる。また、図３の例では、それぞれの受光部で受光した受光量の信号Ａ１，Ａ２が弱いときなどにも対応可能なよう、それぞれアンプ１４ａ，１４ｂを介して信号を増幅している。
【００３９】
また、閾値処理手段は、この差分手段で得られた差分を所定の閾値で閾値処理して１ビットのデジタル信号列を出力する手段であり、差分演算処理回路１７から出力されたアナログ信号を、高速信号発生器１１の発生周波数又はそれと同等の周波数（同期をとる必要はある）でリシェイプして、１ビットのデジタル信号列をデジタル音声信号として出力するリシェイプ処理回路１８で例示している。なお、閾値処理手段は、リシェイプ処理回路１８だけでなく、上述のサンプルホールド部の一機能も含まれるとも考えられる。
【００４０】
上述のごとき構成により、マイクロフォン装置１０では、振動板を用いず、音圧を直接、粗密波で測定するものである。このマイクロフォン装置１０は、高速パルス信号発生器１１（１０ＭＨｚ）で発生した信号により、レーザをパルス駆動し、それに相対して配置した２分割受光器１３とレーザ光Ｌの発生元との間を被測定空気が通過し、密度差により、屈折率が変り、光の進行方向が曲げられ、それに従い受光部１３の２分割受光では曲がる方向により得られる光信号（Ａ１信号及びＡ２信号）を生成する。さらに、マイクロフォン装置１０は、生成した光信号をアンプ１４ａ，１４ｂで増幅して、サンプルホールド部で、高速信号発生器１１の発生周波数でサンプルホールドされたそれらのサンプルホールド信号を、差分演算処理回路１７で差分演算処理する。
【００４１】
リシェイプ処理回路１８では、最初の高速パルス信号により波形整形処理して、１ビットのデジタル信号列を出力する。リシェイプ処理回路１８は、差分演算処理回路１７から出力されたアナログ信号を、高速信号発生器１１の高速パルス信号（ここでは１０ＭＨｚ）により、Ａ１＞Ａ２のときに“１”、Ａ１＜Ａ２のときに“０”、といった具合に波形整形処理する。なお、図１の例では、Ａ２信号のほうが信号成分が大きい瞬間であり“０”が出力される。ここで生成・出力されるデジタル信号列は、高速の１ビットストリーム信号であり、高速信号発生器１１での発生周波数に基づく速さをもっている。
【００４２】
このように、本発明の方式は、受光器１３、アンプ１４ａ，１４ｂ、スイッチ１５ａ，１５ｂ、コンデンサ１６ａ，１６ｂ、差分演算処理回路１７、及びリシェイプ処理回路１８によって、上述のストリーミング列が高速１ビットＡＤコンバータ信号となる１ビットＡＤコンバータを構成しているとも言える。従って、本発明に係るマイクロフォン装置１０は、光で検出すること、並びにそれをＡＤコンバータで変換することの２点の特徴をもち、さらにそのＡＤコンバータは１ビットＡＤコンバータである。このように、本発明は、１ビット技術をシステムの中に取り込んだものであり、結果として高性能化が図れる。本発明に係るマイクロフォン装置１０は、振動板を用いず、高速光パルス信号によって駆動する１ビットＡＤコンバータ内蔵のマイクロフォン装置、或いは１ビットＡＤデジタルマイクロフォンであるとも言える。
【００４３】
また、このマイクロフォン装置１０は、ディレイが高速信号発生器１１の周期分しか、例えば１０ＭＨｚでサンプリングした場合１０Ｍビットのディレイしか存在しないので、品質的にアナログに近い信号であるだけでなく、デジタル信号であるので、ラインを通した際、記録や再生する際でも、アナログ信号のように劣化を生じない。
【００４４】
また、後述するような１ビットデジタル信号の記録装置や再生装置が一般的に使用されるまでは、このままの信号では、処理できない装置の場合に対応可能とする必要がある。そのため、マイクロフォン装置１０は、デシメーションフィルタ１９を備えることが好ましい。デシメーションフィルタ１９は、上述の変換手段出力された１ビットのデジタル音声信号（図３ではリシェイプ処理回路１８から出力された信号）をマルチビットのデジタル信号にするフィルタ（符号化フィルタとも言える）であり、間引き処理を行うフィルタであっても、平滑化を行うフィルタであってもよく、その形態は問わない。
【００４５】
また、マイクロフォン装置１としては、上述のごとく光発生器は必須でなく、外部の光発生装置と接続されていてもよいが、少なくとも光検出器２ａ，２ｂに対して固定されている必要がある。なお、本明細書中では、マイクの形状（音声を受ける部分の形状）は問わないが、マイクの形状としては、レーザ光Ｌを照射する部分を音が入らないように覆い、音声通過部分を上手く他の部分と分けておくとよい。
【００４６】
図４は、本発明の他の実施形態に係る音声記録装置の回路構成例を示す図で、図中、２０は１ビット記録手段の一例としての記録媒体駆動装置、３０は記録ディスクである。ここで、図３と同じ構成要素には同じ符号を付して、その応用を含めた説明を省略する。
【００４７】
本発明に係る音声記録装置は、上述のごときマイクロフォン装置１０を備え、変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号を、光発生器における光の発生周波数（又は発生周波数と同等の周波数；但し同期の必要あり）により駆動して記録する１ビット記録手段とを備えるものとする。
【００４８】
図４では、この１ビット記録手段の一例として記録媒体駆動装置２０（及びその記録対象の記録ディスク３０）を備えた例を示している。記録媒体駆動装置２０は、高速信号発生器１１の発生周波数を駆動クロックとして用いるか、或いは同期が必要であるが同等の周波数を駆動クロックとして用いる。記録ディスク３０としては、ＤＶＤやＣＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクなど、様々なディスクメディアが挙げられるが、他の形状のメディアであってもよい。また、記録ディスク３０の代わりに、記録媒体駆動装置２０がハードディスクドライブ（ＨＤＤ）及びそのコントローラであり、記録媒体がＨＤである場合も適用可能である。
【００４９】
また、本発明に係る音声記録装置によれば、上述のマイクロフォン装置を備えており、その１ビットデジタル信号をそのまま記録するので、劣化なく音声信号を記録することが可能となる。また、この音声記録装置は、デシメーションフィルタ１９を備えた形態であっても適用可能であるが、フィルタ通過後の信号がマルチビット信号となる。
【００５０】
図５は、本発明の他の実施形態に係る音声記録再生装置の回路構成例を示す図で、図中、２１は１ビット記録手段兼音声出力手段の一例としての記録媒体駆動装置、２２はアンプ、２３はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２４はスピーカである。ここで、図３及び図４と同じ構成要素には同じ符号を付して、その応用を含めた説明を省略する。
【００５１】
本発明に係る音声記録再生装置は、図４で説明のごとき音声記録装置を備え、音声記録装置で記録された１ビットのデジタル音声信号を、光発生器における光の発生周波数（又は発生周波数と同等の周波数；但し同期の必要あり）により駆動して読み出して、１ビットのデジタル音声信号で出力する音声出力手段を備えるものとする。
【００５２】
図５では、この１ビット記録手段兼音声出力手段の一例として記録媒体駆動装置２１（及びその記録／読出対象の記録ディスク３０）を備えた例を示している。記録媒体駆動装置２１において、１ビット記録手段として記録部を、音声出力手段として再生部を例示している。記録媒体駆動装置２１は、高速信号発生器１１の発生周波数を駆動クロックとして用いるか、或いは同期が必要であるが同等の周波数を駆動クロックとして用いる。記録ディスク３０も、図４で説明したものと同様であり、また記録媒体がＨＤである場合も適用可能である。
【００５３】
さらに、図５の例では、記録媒体駆動装置２１における再生部から出力した１ビットデジタル信号をアンプ２２で増幅し、ＬＰＦ２３を経て、アナログ信号に変換して、スピーカ２４で音声として再生している。
【００５４】
このように、本発明に係る音声記録再生装置によれば、上述の音声記録装置を備え、劣化なく音声信号を取得して記録し、それを出力することが可能となる。また、この音声記録再生装置は、デシメーションフィルタ１９を備えた形態であっても適用可能であるが、フィルタ通過後の信号がマルチビット信号となる。このように、マイクロフォン装置からの記録のサンプリングと、同じサンプリング周波数で再生する一体型のシステムを構築することで、入力から出力まで、一番良い状態でデジタル保存できる。ここで、例えば再生系が２０ＭＨｚなら発生器も２０ＭＨｚなど、等価にすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロフォン装置の一構成例を示す図である。
【図２】音声の粗密によって変わる媒体としての気体の屈折率の変化を概略的に説明するための図である。
【図３】図１のマイクロフォン装置の回路構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る音声記録装置の回路構成例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る音声記録再生装置の回路構成例を示す図である。
【図６】従来の振動板方式のマイクロフォン装置の原理を説明するための概略図である。
【図７】現状の音環境を説明するための図である。
【図８】可聴帯域を超える周波数帯域をもった楽器等を説明するための図である。
【図９】従来（非特許文献１）の光反射を利用したマイクロフォン装置を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１０…マイクロフォン装置、２ａ，２ｂ…光検出器、１１…高速信号発生器、１２…レーザダイオード、１３…２分割受光器、１４ａ，１４ｂ，２２…増幅器（アンプ）、１５ａ，１５ｂ…スイッチ、１６ａ，１６ｂ…コンデンサ、１７…差分演算処理回路、１８…リシェイプ処理回路、１９…デシメーションフィルタ、２０，２１…記録媒体駆動装置、２３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２４…スピーカ、３０…記録ディスク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い周波数の電磁波を用い、音声信号を取り出すマイクロフォン装置であって、前記電磁波の発生元に相対して設けられた一対の電磁波検出器と、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する変換手段とを備えたことを特徴とするマイクロフォン装置。
【請求項２】
前記電磁波を発生する電磁波発生器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォン装置。
【請求項３】
前記一対の電磁波検出器は、それぞれの検出部が連続して隣り合う位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロフォン装置。
【請求項４】
前記変換手段は、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分を求める差分手段と、該差分手段で得られた差分を所定の閾値で閾値処理して１ビットのデジタル信号列を出力する閾値処理手段とを有し、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項５】
前記閾値処理手段は、前記閾値処理後のアナログ信号を前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数によりリシェイプして、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴とする請求項４に記載のマイクロフォン装置。
【請求項６】
前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号をマルチビットのデジタル信号にするフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項７】
前記電磁波は光であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項８】
前記電磁波を発生する発生元として、前記高い周波数のパルス信号を発生する信号発生器と、該信号発生器で発生したパルス信号に基づき、レーザ光を発生する光パルス信号発生器とを備えたことを特徴とする請求項７に記載のマイクロフォン装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置と、前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して記録する１ビット記録手段とを備えた音声記録装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の音声記録装置と、該音声記録装置で記録された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して１ビットのデジタル音声信号で出力する音声出力手段とを備えた音声記録再生装置。
【請求項１】
高い周波数の電磁波を用い、音声信号を取り出すマイクロフォン装置であって、前記電磁波の発生元に相対して設けられた一対の電磁波検出器と、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分をとることによって、１ビットのデジタル音声信号に変換して出力する変換手段とを備えたことを特徴とするマイクロフォン装置。
【請求項２】
前記電磁波を発生する電磁波発生器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォン装置。
【請求項３】
前記一対の電磁波検出器は、それぞれの検出部が連続して隣り合う位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロフォン装置。
【請求項４】
前記変換手段は、前記発生元と前記一対の電磁波検出器との間に存在する気体の密度差を、それぞれの電磁波検出器において前記発生元から前記気体を介して受けた電磁波の検出量の差分を求める差分手段と、該差分手段で得られた差分を所定の閾値で閾値処理して１ビットのデジタル信号列を出力する閾値処理手段とを有し、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項５】
前記閾値処理手段は、前記閾値処理後のアナログ信号を前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数によりリシェイプして、前記１ビットのデジタル信号列を前記デジタル音声信号として出力することを特徴とする請求項４に記載のマイクロフォン装置。
【請求項６】
前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号をマルチビットのデジタル信号にするフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項７】
前記電磁波は光であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項８】
前記電磁波を発生する発生元として、前記高い周波数のパルス信号を発生する信号発生器と、該信号発生器で発生したパルス信号に基づき、レーザ光を発生する光パルス信号発生器とを備えたことを特徴とする請求項７に記載のマイクロフォン装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置と、前記変換手段で出力された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して記録する１ビット記録手段とを備えた音声記録装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の音声記録装置と、該音声記録装置で記録された１ビットのデジタル音声信号を、前記発生元の電磁波の発生周波数又は該発生周波数と同等の周波数により駆動して１ビットのデジタル音声信号で出力する音声出力手段とを備えた音声記録再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３６６９０（Ｐ２００７−３６６９０Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１７３１６（Ｐ２００５−２１７３１６）
【出願日】平成１７年７月２７日（２００５．７．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２７日（２００５．７．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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