JP2003348695A - 媒質マイクロホン - Google Patents

媒質マイクロホン

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JP2003348695A
JP2003348695A JP2002157128A JP2002157128A JP2003348695A JP 2003348695 A JP2003348695 A JP 2003348695A JP 2002157128 A JP2002157128 A JP 2002157128A JP 2002157128 A JP2002157128 A JP 2002157128A JP 2003348695 A JP2003348695 A JP 2003348695A
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JP
Japan
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microphone
medium
sound
sensitive layer
diaphragm
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Application number
JP2002157128A
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English (en)
Inventor
Hideharu Saito
秀晴 斎藤
Masami Ichikawa
雅己 市川
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CTI SCIENCE SYSTEM CO Ltd
Original Assignee
CTI SCIENCE SYSTEM CO Ltd
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造物や水中、地中を伝播する低周波数帯域
の振動、音波を精度良く検知する。 【解決手段】 ケーシング12内に収容された圧電型マ
イクエレメント11の振動板が外部に露出するように形
成されたケーシング開口と振動板との間の凹所に、所定
厚さだけ盛り上げてシリコーンゴムを充填したゴム感圧
層20を形成し、マイクロホン10本体を測定対象の構
造物1等の媒質に密着して固定し、この状態で音圧測定
を行う。これにより媒質マイクロホンとして構造物1か
ら超低周波帯域の振動、音波を確実に精度よく測定する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は媒質マイクロホンに
係り、構造物や水中、地中を伝播する広帯域の振動、音
波を精度良く検知するようにした媒質マイクロホンに関
する。
【0002】
【従来の技術】マイクロホンは、その変換方式の違いに
より動電型、静電型、圧電型等のタイプに分けられるが、
動電型マイクロホン(ダイナミックマイクロホン)は空気
中を伝播する音を収集する点に優れ、圧電型マイクロホ
ンは、主に低周波騒音計用の計測用に多く使用されてい
る。一般のマイクロホンでは、音源からの音が空気を介
してあるいは直接、マイク振動板に音圧として加わり、
振動板の振動が振動電気素子に伝えられ、その振動に比
例した交流電圧が素子電極間に発生し、その電圧を回路
において数値化して音圧算出が行われている。たとえば
圧電型マイクロホンの周波数特性は、使用する圧電素子
の共振周波数より低い領域で平坦化できるので、測定下
限周波数を低く設定できるため、超低周波音測定に好適
な計測手段として知られている。たとえば測定別には、
海底噴火や火口湖の噴火の観測に水中タイプの圧電型マ
イクロホンが、陸上火山の噴火や火砕流に伴う空気振動
の観測には防塵タイプの超低周波圧電型マイクロホンが
使用されている。このような圧電型マイクロホンでは、
通常のダイナミックマイクロホンと異なり、空気を介在
させないで水、構造物材料等の媒質を伝播する音波を直
接とらえるのに適している。本明細書では、このような
音波が媒質を直接伝わるようなマイクロホンを「媒質マ
イクロホン」と呼び、本発明は、この媒質マイクロホン
としての性能向上についての技術的な開発を行うもので
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上述
のような用途を目的とする媒質マイクロホンは、超低周
波帯域(1〜10kHz程度)において有効に動作させる
ことを目的としている。このため、水中等の媒質内の音
波の伝達をとらえる他、構造物等を媒質として伝わる低
周波振動等をとらえる場合、状況にあったタイプのマイ
クロホンを直接構造物等に取り付けて測定を行うことも
ある。この場合、マイクロホンの取付構造に起因して超
低周波帯域でのインピーダンスが低下し、正確な測定が
できないことがある。
【0004】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、構造物等を音波伝播媒質と
した際に、媒質とマイクロホンの振動部との間における
音波、振動の漏れ等を、確実に防止するようにした媒質
マイクロホンを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はケーシング内に収容されたマイクエレメン
トの振動板が外部に露出するように形成されたケーシン
グ開口と、前記振動板との間の凹所にゴム感圧層が形成
されたことを特徴とする。
【0006】このとき前記ゴム感圧層は、前記凹所にシ
リコーンゴムを充填して構成することが好ましい。
【0007】また、前記ゴム感圧層のシリコーンゴム
は、前記ケーシング表面から所定厚さだけ盛り上げて形
成させることが好ましい。マイクロホン本体を、測定対
象の媒質に取り付ける場合、前記ゴム感圧層の盛り上が
っている部分を媒質に密着させて固定することが好まし
い。
【0008】上記特徴を備えたマイクエレメントとして
圧電型マイクロホンを用いることが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の媒質マイクロホン
の一実施の形態について、添付図面を参照して説明す
る。図1は、本発明の媒質マイクロホンの外観構成を示
した斜視図である。図2は、図1に示した媒質マイクロ
ホン10の内部構成を示した断面図である。図2に示し
たように媒質マイクロホン10は、扁平円板状のマイク
エレメント11と、マイクエレメント11を収容する樹
脂ケーシング12と、樹脂ケーシング12の開口13を
覆うゴム感圧層20とから構成されている。これらのう
ちマイクエレメント11には、本実施の形態では公知の
圧電型マイクロホンが用いられている。上述したよう
に、圧電型マイクロホンは超低周波帯域(1〜10kHz
程度)において有効に動作することが知られており、媒
質マイクロホンとして好適である。媒質マイクロホンの
構造は、図1に示したように、耐水性を有するステンレ
ス製のハウジング15の上部にはステンレス製振動板
(図示せず)が取り付けられ、図示しない内部には振動
板を介して伝わる外力を電力変換する圧電素子及び起電
力を増幅出力する増幅回路が収容されている。起電力は
信号ケーブル17を介して図示しない公知の音圧測定装
置に接続されている。マイクエレメント11の仕様とし
ては、測定範囲が1μV/1μPa程度を見込め、この場合
の周波数特性として1Hz〜10KHzにおいて平坦な特性
を示すのが特徴である。
【0010】さらに、マイクエレメント11は扁平円板
状の上下2ピース12A,12Bからなる塩化ビニル樹
脂製ケーシング12内に収容されている。ケーシング1
2の上部ピース12Aの上面には図1に示したように、
円形開口13が形成されており、マイクエレメント11
上面の振動板が外部に露出するようになっている。ケー
シング内の水密性を確保するためにマイクエレメント周
縁の上下位置にOリング16が装着されている。さらに
上部ピース12Aの開口13部分と、マイクエレメント
11の上面の振動板(図示せず)とを覆うようにゴム感
圧層20が形成されている。なお、媒質マイクロホン1
0は、媒質としての測定対象構造物1にビス15(図
3)で取り付けるようになっている。このためにケーシ
ング12には図1,図2に示した3カ所のビス貫通孔1
4が設けられている。
【0011】このゴム感圧層20は本実施の形態では、
シリコーンゴムが図2に示したように、マイクエレメン
ト11のハウジング15上面、Oリング16、上部ピー
ス12Aの開口13を完全に密実に塞ぐように充填され
ている。本実施の形態では図2に示したように、ゴム感
圧層20の上面20aはケーシング12上面より1〜2
mm程度盛り上がった平滑面に整形されている。なお、こ
の盛り上げ厚みは使用するシリコーンゴムの硬度、対象
表面の粗さ等を考慮して適宜設定することが好ましい。
【0012】本実施の形態で使用したシリコーンゴムは
幅広い温度範囲にわたり、十分な圧縮永久ひずみ特性を
示し、また良好な復元性を有するため、音波、振動の伝
播特性に優れ、あわせてこの部分での高いシール効果を
得ることができる。また酸素、オゾン、紫外線に対する
安定性があるため、媒質マイクロホン10を屋外の構造
物に取り付ける場合等にもマイクロホン取付部分の耐久
性を確保できる。
【0013】図3は、図1,図2に示した媒質マイクロ
ホン10を構造物1の表面に固着した例を示した断面図
である。同図に示したように、ビス15で構造物1の表
面に取り付ける際にビス15を十分ねじ込むことによ
り、あらかじめ盛りあげて整形されていたシリコーンゴ
ムが圧縮された状態で構造物1に密着する。これにより
コンクリート構造物等を媒質として伝播する音波を確実
に媒質マイクロホン10で集音することができる。
【0014】なお、上述した媒質マイクロホンの特徴を
発揮するために、マイクエレメントとして圧電型マイク
ロホンを用いることが好ましいが、媒質マイクロホンと
しての構成として使用する場合には、動電型マイクロホ
ンを用いることもできることはいうまでもない。
【0015】
【実施例】以下の実験において、従来の媒質マイクロホ
ン10と本発明のゴム感圧層20を介在させた媒質マイ
クロホン10の低周波帯域での集音特性、および固定構
造物を伝わる低周波音を集音して得られた音圧特性の分
布を確認する。 (実施例1) [実験環境]図4は、列車騒音の測定を例に、本発明の
媒質マイクロホンの集音特性を測定するための実験環境
を模式的に示した説明図である。同図に示したように、
列車(新幹線)3が約100m離れた地点を通過する建
物2の内部のコンクリート床面(構造物)1に媒質マイ
クロホン10をセットし、夜間の静寂時および列車通過
時における低周波音をサンプリングし、得られたデータ
から対象帯域での音圧特性を把握し、マイクの集音特性
を確認する。このときの測定ケースとしてマイクロホン
の設置方法を変え、各測定ケースにおいて周波数別記録
装置4を用いてデータ収集を行って音圧特性を求め、集
音特性の差を確認した。 ケース:従来タイプ−媒質マイクロホン上向き(図1
参照)で床面に固定。 ケース:密着タイプ−媒質マイクロホン床密着(図3
の天地逆向き)で床面に固定。
【0016】[測定結果]図5,図6に上記ケース,
の場合の測定結果の音圧レベルの経時変化を示した。
同図はともに縦軸に音圧レベル(μPa),横軸に測定
経過時間(図示範囲9分20秒間)をとっている。特に
低周波帯域(1,10,100,1kHz,及び全帯域
(ALL))における音圧レベルの経時変化を図化した。
同図に示したように、測定時間内に新幹線が数度通過し
た。この結果、通常の静寂時での音圧レベルの経時変化
に加え新幹線通過時を示す先鋭的な音圧ピークが記録さ
れ、音圧レベルが大きく異なるレンジでの集音特性を確
認できた。マイクロホンの設置方法の違いによって、床
密着の場合(図6)の方のマイク感度がマイク上向きの
場合に対して静寂時、ピーク時においてともに約2倍に
増感されたことが確認できた。
【0017】(実施例2)図7は、ある事務室内での執
務時間帯、深夜を通じての発生低周波音の集音実験結果
を示した音圧特性分布図である。計測開始後24時間に
おいて従来の圧電型マイクロホンを構造物に直接貼り付
けた場合(従来タイプ)では抽出された低周波帯域
(1,10,100,1000Hz)で得られる平均音圧
は5μPa以下であるのに対して、その後、ゴム感圧層2
0を介在させた本発明の媒質マイクロホンによる測定で
は周波数10Hz,100Hzの帯域において音圧レベルが
平均約1.5〜2倍に増感されて集音された。
【0018】[適用例]図8,図9は本発明の媒質マイ
クロホン10を構造物内を伝播する構造物音の測定に用
いた適用例を示した概略図である。図8は河川のコンク
リート河床2および護岸3の一部に媒質マイクロホン1
0を埋設した測定例を示している。河床音を集音するこ
とにより、河床の堆砂の移動現象をモニターすることが
でき、得られたデータの周波数の違いから、河床を移動
する砂礫の粒径分布や流砂量を観測ないし推定すること
ができる。
【0019】図9は橋脚の高さ方向に対して複数個の媒
質マイクロホン10を、橋脚躯体4に埋設し、鉄道、自
動車等の車両が通行する上部工5で発生した振動のう
ち、下部の基礎6および周辺地盤7に、橋脚躯体を通じ
て伝播する周波数の音圧分布特性を測定する例である。
この測定により得られたデータから、交通荷重作用時、
風荷重作用時等の、橋脚の揺れによる1Hz程度の超低周
波振動領域までの検出を行うことができる。
【0020】他の適用例として地下水位測定井戸の所定
水位に媒質マイクロホンを浸漬させて設置することで孔
内水中音を測定することができる。この場合、ゴム感圧
層を媒質に圧着させるような使い方ではないが、ゴム感
圧層を介して水中を伝播する音波をマイクロホンで確実
にとらえることができる。この測定により得られたデー
タから水中の音圧を直接検出するため、水圧の変動によ
る超低周波領域の圧力振動から、可聴周波数における広
帯域な音波を検出することができる。その他の適用例と
して、河川等において清流状態時の自然環境における水
中音のモニターにより、魚等の水中生物が反応する帯域
の音響、振動等の調査等にも種々利用できる。
【0021】
【発明の効果】以上に述べたように、ゴム感圧層を介し
てマイクロホンを媒質に密着して固定することができる
ため、媒質マイクロホンが有する超低周波帯域の振動、
音波を確実に精度よく測定することができるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による媒質マイクロホンの一実施の形態
を示した斜視図。
【図2】図1に示した媒質マイクロホンのII-II断面線
に沿って示した断面図。
【図3】媒質マイクロホンの固定構造物への取付状態を
示した断面図。
【図4】媒質マイクロホンによる音圧レベル測定の実験
環境を示した模式説明図。
【図5】室内音、列車通過音を音圧レベル別に集音した
際の音圧測定結果図。
【図6】室内音、列車通過音を音圧レベル別に集音した
際の音圧測定結果図。
【図7】室内音を音圧レベル別に集音した際の音圧測定
結果図。
【図8】媒質マイクロホンの構造物媒質への適用例を示
した説明図。
【図9】媒質マイクロホンの構造物媒質への他の適用例
を示した説明図。
【符号の説明】
1 構造物 10 媒質マイクロホン 11 圧電マイクエレメント 12 ケーシング 13 開口 20 ゴム感圧層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G064 AB13 BA08 BD18 5D004 AA01 AA02 DD03 5D019 AA09 AA22

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケーシング内に収容されたマイクエレメン
    トの振動板が外部に露出するように形成されたケーシン
    グ開口と前記振動板との間の凹所に、ゴム感圧層が形成
    されたことを特徴とする媒質マイクロホン。
  2. 【請求項2】前記ゴム感圧層は、前記凹所にシリコーン
    ゴムが充填され形成されたことを特徴とする請求項1記
    載の媒質マイクロホン。
  3. 【請求項3】前記ゴム感圧層は、前記ケーシング表面か
    ら所定厚さだけ盛り上げて形成されたことを特徴とする
    請求項1記載の媒質マイクロホン。
  4. 【請求項4】前記ゴム感圧層を、測定対象の媒質に密着
    してマイクロホン本体が取り付けられることを特徴とす
    る請求項1に記載の媒質マイクロホン。
  5. 【請求項5】前記マイクエレメントは、圧電型マイクロ
    ホンであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のい
    ずれか1項に記載の媒質マイクロホン。
JP2002157128A 2002-05-30 2002-05-30 媒質マイクロホン Pending JP2003348695A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268187A (ja) * 2007-03-26 2008-11-06 Nippon Steel Corp 極低速回転機械の異常診断方法及び装置
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KR101364516B1 (ko) 2013-12-05 2014-02-19 한국지질자원연구원 초저주파 음파 감지 시스템의 보정 방법
RU225815U1 (ru) * 2024-02-26 2024-05-07 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Пьезоэлектрический микрофон

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