JP2005057775A - エレクトレットコンデンサーマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で、簡単に製造でき、比較的小さいサイズにできるエレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）。
【解決手段】 ＥＣＭ(100)は、マイクロホンのハウジング(101)と、ハウジング内の第１面と第２面とを有するダイヤフラム(108a)と、第１音入口ポートと、第１音入口ポートから分離し間隔をおいた第２音入口ポートと、ハウジング内に配置され第２入口ポートとダイヤフラムの間の音響経路にある音響抵抗材料(118)とを含む。音響抵抗材料は、ダイヤフラムに結合したバックプレート(112)をハウジング内に配置された増幅器(122)に電気的に結合してもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロホンに関し、より具体的には、音響抵抗素子を有するエレクトレットコンデンサーマイクロホンに関する。

単一指向性エレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）は、典型的には、ハウジングと、ダイヤフラム及びリング組立体と、バックプレートと、バックプレートからダイヤフラムとリングアセンブリを分離するスペーサとを含む。ＥＣＭはまた、増幅器を含み、該増幅器はバックプレートに電気的に結合したプリント回路基板上に配置されてもよい。これらの構成部品は、ハウジング内に取付けられる。ＥＣＭが作動する１つの方法は、音響振動がハウジング内に入るようにし、それに応答してダイヤフラムが振動するようにすることである。振動するダイヤフラムは、ダイヤフラムとバックプレートの間のキャパシタンスの変化を起こし、それを電気信号として検出してもよい。電気信号は、ワイヤ等の好適な導体により増幅器に結合し、ＥＣＭから出力を生じる。

典型的には、単一指向性ＥＣＭは、高い性能と制御を提供し、マイクロホンの前からくる音を増強し、後ろからくる音をキャンセルするようにする。単一指向性ＥＣＭは、指向性にして、第２音入口ポートを追加する（ＥＣＭの前に１つ、後ろに１つ有る）ことにより、マイクロホンの前からくる音に関して性能を強化してもよい。マイクロホンの前から入る音は、直接ダイヤフラムへいく。マイクロホンの後ろから入る音は、抵抗／容量（ＲＣ）音響ネットワークにより遅延する。マイクロホンの前からくる音は増強し、後ろからくる音はキャンセルするように、遅延させる。

ＲＣ音響ネットワークを実施するため、第２音入口ポートとダイヤフラムの間に、音響抵抗材料を配置してもよい。この材料は、焼結プラスチック、プラスチックフェルト、レーザ孔あけしたディスクでもよく、音は、材料の面に垂直な材料を通って移動する。即ち、材料は、典型的には、第１表面と第２表面を有するシート又は層の形で提供される。次に、音は、第１、第２面にほぼ垂直に移動する。

音響抵抗材料のこの配置は、幾つかの欠点がある。音響抵抗材料は、比較的大きく変化し、それがマイクロホンの指向性性能に大きな影響がある。レーザ孔あけしたディスクは、現在得られる材料のうち変化が最も少ないが、効果である。また、材料の物理的体積により、ＥＣＭのサイズに限界があり、サイズを小さくすることは困難である。

従って、安価で、簡単に製造でき、比較的小さいサイズにできるＥＣＭの必要性がある。

本発明は、他の多くの実施の形態が可能であるが、ここに本発明の好適な実施の形態を説明する。この開示は、本発明を記述した形態に限定することを意図するものではなく、本発明は、特許請求の範囲により定義される発明の精神と範囲に入るすべての改変、代替、均等を含む。

次の実施の形態の記述からわかるように、ＥＣＭはマイクロホンのハウジングを含んでもよい。ハウジングは、第１音入口ポートと、第１音入口ポートから分離し間隔をおいた第２音入口ポートとを有してもよい。第１面と第２面とを有するダイヤフラムをハウジング内に配置してもよい。ダイヤフラムの第１面は第１音入口ポートに音響的に結合し、ダイヤフラムの第２面は第２音入口ポートに音響的に結合してもよい。音響抵抗素子をハウジング内で、第２音入口ポートとダイヤフラムの第２面の間に配置してもよい。音響抵抗素子は、第１表面と、第１表面から分離し間隔をおいた第２表面と、第１表面と第２表面の間に延びる第１エッジと、第１表面と第２表面の間に延びる第２エッジとを有してもよい。第１エッジは第２入口ポートに音響的に伝達するように結合してもよく、第２エッジはダイヤフラムの第２面に音響的に伝達するように結合してもよい。音は、第２入口ポートから、音響抵抗素子を通ってダイヤフラムの第２面へ、音響抵抗素子の第１エッジから音響抵抗素子の第２エッジへ伝達されてもよい。

又は、ＥＣＭは、マイクロホン用のハウジングを含んでもよい。ハウジングは、第１音入口ポートと、第１音入口ポートから分離し間隔をおいた第２音入口ポートとを有してもよい。第１面と第２面とを有するダイヤフラムをハウジング内に配置してもよい。ダイヤフラムの第１面は第１音入口ポートに音響的に結合し、ダイヤフラムの第２面は第２音入口ポートに音響的に結合してもよい。音響抵抗素子をハウジング内で、第２音入口ポートとダイヤフラムの第２面に隣接するチャンバの間に配置してもよい。音響抵抗素子は、外側エッジと内側エッジとを有するフランジ部分を含むように形成してもよい。外側エッジは第２入口ポートに音響的に伝達するように結合してもよく、内側エッジはチャンバに音響的に伝達するように結合し、抵抗容量ネットワークを形成することができる。

更に、ＥＣＭは、マイクロホン用のハウジングを含み、該ハウジングは音入口ポートを有してもよい。ハウジング内にダイヤフラムを配置し、ダイヤフラムは音入口ポートに音響的に結合してもよい。音響抵抗素子をハウジング内で、音入口ポートとダイヤフラムの間に配置してもよい。ダイヤフラムの動きを電気信号に変換するため、バックプレートが、ダイヤフラムの結合してもよい。ＥＣＭからの出力を提供するため、増幅器を提供してもよく、音響抵抗材料は、バックプレートと増幅器に電気的に結合してもよい。

ここに記述するＥＣＭの実施の形態において、音響抵抗材料は、織物金属、焼結金属、フェルト金属、織物プラスチック、焼結プラスチック、フェルトプラスチック、織物有機繊維、焼結有機繊維、フェルト有機繊維でもよい。

図１を参照すると、単一指向性エレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）100は、カップ形ハウジング区分104を含むハウジング100と、底部ハウジング区分120とを含むハウジング101を含む。カップ形ハウジング区分104と底部ハウジング区分120は、例えば、圧着、溶接、接着により接合されてもよい。ハウジング101は、導電性材料でできていてもよく、又は上に導電性材料をコーティングしてもよい。図示する実施例では、ハウジング101はアルミニウムでできている。図１に示すように、カップ形ハウジング区分104の表面105に、貫通孔即ち音ポート106が形成され、音がチャンバ109に入ることができるようになっている。典型的にはクロス（布）又はフェルトでできている塵除け102が、接着剤でカップ形ハウジング区分104に固着され、貫通孔106を覆い、マイクロホン100に屑が入るのを防止する。

マイクロホン100は更に、カップ形ハウジング区分104のベース表面107上に配置されたリング組立体108を含む。リング組立体108は、リング部材108b即ちダイヤフラム支持部に結合された振動ダイヤフラム108aを含む。リング部材108bは、ステンレス鋼で出来ていてもよい。しかし、黄銅、錫等の任意の導電性材料又は導電性コーティングを含む材料を使用することが出来る。リング組立体108の振動ダイヤフラム108aは、音波に応答して振動することが出来なければならない。そのため、振動ダイヤフラム108aは、薄いポリマーフィルムで出来ていてもよい。例えば、ダイヤフラムは、商標「MYLAR」で普通に入手できる６ゲージ厚さのポリエチレンテレフタレートフィルム、又は任意の似た材料でもよい。振動ダイヤフラム108aは、リング組立体108のリング部材108bに固着される。マイクロホン100は更に、リング組立体108をバックプレート112から分離するため、リング組立体108とバックプレート112の間にスペーサ110を含む。スペーサ110の厚さが、リング組立体108とバックプレート112の間の間隔を設定する。バックプレート112は、複数の音孔114が形成され、ハウジング101に入る音の振動がダイヤフラム108aを振動させるようにすることができる。バックプレート112は、ステンレス鋼で出来ていてもよい。バックプレート112は、極性のある誘電フィルム、即ちエレクトレット材料で鍍金した第１表面を有してもよい。例えば、バックプレート112の第１表面上に、Teflon（登録商標）材料をコーティング又は鍍金してもよい。コーティングしたバックプレート112は、エレクトレット組立体の固定電極と呼ばれる。更に、コーティングしたバックプレート112は、静電的に充電してもよい。

リング組立体108とハウジング101の壁面の間に、スペーサ110が配置され、ハウジング101から振動ダイヤフラム108aを電気的に分離する。スペーサ110は、一般に非導電性材料で出来ていて、例えば200ゲージのMylar（登録商標）プラスチックで出来ている。図１に示すように、スペーサ110は、バックプレート112にリング組立体108から設定した距離の間隔を与える。この距離は、バックプレート112と振動ダイヤフラム108aの間に画定したギャップを与え、ダイヤフラム108aとバックプレート112の間の空気の移動を可能にする。

バックプレート112上の誘電フィルム又はエレクトレット材料は、振動ダイヤフラム108aと協働して、ダイヤフラム108a上に入射する音響エネルギーを表す電気信号を発生する。当業者にはわかるように、マイクロホン100の動作は、外部空気の（音）振動の影響の下で、固定電極と、バックプレート112と、可動電極と、振動ダイヤフラム108aとの間の容量の変化に基づく。この容量の変化は、空気圧の変化に比例し、電子増幅器122により、増幅した音振動に変換することが出来る。次に、増幅器122は、容量の変化をこれらの変化を表す電気信号に変換し増幅する。

マイクロホン100はまた、図２〜４に示す追加の音入口ポート130を含んでもよい。音入口ポート130は、例えばフランジ132の周辺に沿って選択した領域で、カップ形ハウジング区分104上にフランジ132を完全には圧着しないことにより、マイクロホン100の後ろに形成され、ダイヤフラム108aに隣接する第２チャンバ144に音響的に結合する。マイクロホン100の前で受けた音エネルギーを加えて組合わせ、またマイクロホンの後ろで受けた音エネルギーをキャンセルするため、音響抵抗素子118が設けられる。音響抵抗素子118は、織物金属、焼結金属、フェルト金属、織物プラスチック、焼結プラスチック、フェルトプラスチック、織物有機繊維、焼結有機繊維、フェルト有機繊維でもよい。ここに示す実施例では、音響抵抗材料は、ステンレス鋼クロス等の導電性ワイヤクロスである。このように、音響抵抗素子118もまた、バックプレート112と電子増幅器122を電気的に相互接続する機能を果たし、ハウジング101の底部ハウジング120の頂部表面136を横切って置かれている。

続けて図３を参照し、また図５、６を参照すると、音響抵抗素子118は、電子増幅器122とバックプレート112の間に配置される。音響抵抗素子118は、シルクハットのような形状に成形され、フランジ即ちディスク部分111と、リップ115を有する壁即ちシリンダー部分113を有する。フランジ部分111は、電気的に増幅器回路ボード122に結合し、一方リップ115は、導電的にバックプレート112に係合し、それにより、バックプレート112を増幅器回路ボード122の上の部品に電気的に結合する。バックプレート112は、支持部材116とハウジング101の導電性部分を通って、接地される。前述したように、音響抵抗素子118は、ステンレス鋼等の導電性金属クロスで作ってもよい。しかし、ＥＣＭの実施例では、任意の導電性材料又は導電性コーティングを有する材料を使用してもよく、音響抵抗素子118は、更にバックプレート112と増幅器回路ボード122の電気的結合を提供するのに役立つ。

音響抵抗素子はまた、底部ハウジング区分120から音入口ポート130を通って入る音を遅延させる作用をする。この音は、増幅器回路ボード122の周りを通過し、音響抵抗素子118経由で第２チャンバ144へ入る。より詳しくは、音響抵抗素子のフランジ部分111は、第１表面136と、第2表面138と、第１エッジ140と、第２エッジ142とを有する。音の経路は、音が第１エッジ140で音響抵抗素子118には入り、表面136,138のほぼ平行なフランジ部分111を通って、第２エッジ142を経由して音響抵抗素子を出て、第２チャンバ144へ入るように、ハウジング101内に作られる。これは、音が表面136,138にほぼ垂直に通過する典型的な構成とは全く異なる。又は、音は音響抵抗素子のシリンダーの壁内を、第１端部エッジから第２端部エッジへ軸方向に移動する（伝わる）ようにしてもよいことがわかるであろう。又は、他の同様な構成で、音響抵抗素子の表面内で表面に垂直ではなく、音が移動するようにしてもよい。この配置は、多くの利点がある。

第２チャンバ144は、抵抗容量「ＲＣ」ネットワークの容量「Ｃ」として作用する比較的大きい音響容積として形作ってもよい。容量値を増加することにより、抵抗が小さくなり制御しやすくなる。前述したようにワイヤクロスを使用し、音が第１エッジ140から第２エッジ142へ移動するように音響経路を配置することにより、Ｒの適応した値を得ることができる。音響抵抗素子118と第２チャンバ144により形成されるＲＣネットワークのＲＣ値を調整することにより、音響抵抗素子118は、マイクロホン100の指向性の設定をすることができる。

従って、ここに記述した実施の形態では、音は、第１音入口ポートでＥＣＭに入り、ダイヤフラムの第１面に隣接する第１チャンバへ入る。音はまた、第２音入口ポートでＥＣＭに入り、音響抵抗素子の材料の表面を材料の第１エッジから第２エッジへ通過し、ダイヤフラムの第２面に隣接する第２チャンバへ入る。音響抵抗素子と第２チャンバは、ＲＣネットワークを形成し、第１チャンバへ入る音は増強し、第２チャンバへ入る音はキャンセルするようにする。

ここに記載する刊行物、特許出願、特許を含む全ての文献をここに参照する。各文献を、個々に参照する。

発明を記述する文脈（特に特許請求の範囲）で、数の限定のないものは、特に示さない限り、又は明らかに文脈と矛盾しない限り、１つまたは複数を含む。値の範囲の説明は、特に示さない限り、範囲に入る各分離した値をそれぞれ参照するものである。（各分離した値が示されているのと同じである。）個々に記述する全ての方法は、特に示さない限り、又は明らかに文脈と矛盾しない限り、任意の好適な順番で行うことができる。任意の又は全ての例の使用、又は例示する用語（例えば、「等」）は、本発明をより明らかにすることを意図するものであり、特に示さない限り、発明の範囲を限定するものではない。発明の詳細な説明のどの言葉も、本発明の実施に必須の特許請求の範囲に記載されていない要素を示すものではない。

発明を実施するための最良の形態を含む好適な実施の形態を記述してきた。例示した実施の形態は例示のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

エレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）の実施例を示す分解斜視図である。 図１のＥＣＭの底面図である。 図２の３−３線に沿った断面図である。 図３の４−４線に沿った部分断面図である。 ＥＣＭに使用する金属ワイヤクロスの上面図である。 図５の６−６線に沿った断面図である。

符号の説明

100 エレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）
101 ハウジング
102 塵除け
104 カップ形ハウジング区分
105 表面
106 音ポート
107 ベース表面
108 リング組立体
108a ダイヤフラム
108b リング部材
109 チャンバ
110 スペーサ
111 ディスク部分
112 バックプレート
113 シリンダー部分
114 音孔
115 リップ
118 音響抵抗素子
120 底部ハウジング区分
122 電子増幅器
130 音入口ポート
132 フランジ
136 第１表面
138 第２表面
140 第１エッジ
142 第２エッジ

Claims (18)

1. マイクロホンであって、
   第１音入口ポートと、前記第１音入口ポートから分離し間隔をおいた第２音入口ポートとを有するマイクロホン用ハウジング、
   前記ハウジング内に配置され、第１音入口ポートに音響的に結合する第１面と、第２音入口ポートに音響的に結合第２面とを有するダイヤフラム、
   前記ハウジング内で、前記第２音入口ポートと、前記ダイヤフラムの前記第２面に隣接するチャンバの間に配置された音響抵抗素子を備え、
   前記音響抵抗素子は、第１表面と、前記第１表面から分離し間隔をおいた第２表面と、前記第１表面と前記第２表面の間に延びる第１エッジと、前記第１表面と前記第２表面の間に延びる第２エッジとを含むフランジ部分を有し、
   前記第１エッジは前記第２入口ポートに音響的に伝達するように結合し、前記第２エッジは前記チャンバに音響的に伝達するように結合し、
   音圧は、前記第２入口ポートから、前記音響抵抗素子の前記第１エッジから前記音響抵抗素子の前記第２エッジへ、前記音響抵抗素子を通って前記チャンバへ伝達されることを特徴とするマイクロホン。
2. 前記フランジと前記チャンバが抵抗容量ネットワークを形成する請求項１に記載のマイクロホン。
3. 前記第１表面と前記第２表面のうち少なくとも一方は平らではない請求項１に記載のマイクロホン。
4. 前記第１表面と前記第２表面はほぼ平らで平行であり、前記第１エッジと前記第２エッジは前記第１表面と第２表面の間を延びる請求項１に記載のマイクロホン。
5. 前記第１エッジと前記第２エッジは、前記第１表面と前記第２表面にほぼ垂直である請求項４に記載のマイクロホン。
6. 前記音響抵抗素子は、音響抵抗材料のディスクであり、前記第１エッジは前記ディスクの外エッジであり、前記第２エッジは前記ディスクを通って延びる孔により画定されるエッジ表面である請求項１に記載のマイクロホン。
7. 前記ディスクは環状である請求項１に記載のマイクロホン。
8. 前記音響抵抗素子は、織物金属、焼結金属、フェルト金属、織物プラスチック、焼結プラスチック、フェルトプラスチック、織物有機繊維、焼結有機繊維、フェルト有機繊維のうち少なくとも１つからなる請求項１に記載のマイクロホン。
9. 更に、前記ダイヤフラムの動きを電気信号に変換するため前記ダイヤフラムに結合したバックプレートと、増幅器とを備え、前記音響抵抗素子は、前記バックプレートと前記増幅器とを電気的に結合する請求項１に記載のマイクロホン。
10. マイクロホンであって、
    第１音入口ポートと、前記第１音入口ポートから分離し間隔をおいた第２音入口ポートとを有するマイクロホン用ハウジング、
    前記ハウジング内に配置され、第１音入口ポートに音響的に結合する第１面と、第２音入口ポートに音響的に結合第２面とを有するダイヤフラム、及び、
    音響抵抗素子と、前記ダイヤフラムの前記第２面に隣接するチャンバとを備える抵抗容量ネットワークを備え、
    前記音響抵抗素子は、前記ハウジング内で、前記第２音入口ポートと前記チャンバの間に配置され、
    前記音響抵抗素子は、外側エッジと、内側エッジを有するフランジ部分を含むように形成され、
    音は、前記フランジ部分を通って、前記外側エッジから前記内側エッジへ、前記チャンバへ移動することを特徴とするマイクロホン。
11. 前記音響抵抗素子は環状である請求項１０に記載のマイクロホン。
12. 前記音響抵抗素子は、織物金属、焼結金属、フェルト金属、織物プラスチック、焼結プラスチック、フェルトプラスチック、織物有機繊維、焼結有機繊維、フェルト有機繊維のうち少なくとも１つからなる請求項１０に記載のマイクロホン。
13. 更に、前記ダイヤフラムの動きを電気信号に変換するため前記ダイヤフラムに結合したバックプレートと、増幅器とを備え、前記音響抵抗素子は、前記バックプレートと前記増幅器とを電気的に結合する請求項１０に記載のマイクロホン。
14. 前記音響抵抗素子は、前記フランジから延びる壁部分を備え、前記壁部分は、前記バックプレートと、前記増幅器の電気的に係合する前記フランジ部分とを電気的に係合させる請求項１０に記載のマイクロホン。
15. 前記壁部分は円筒形である請求項１４に記載のマイクロホン。
16. マイクロホンであって、
    音入口ポートを有するマイクロホン用ハウジング、
    前記ハウジング内に配置され、前記音入口ポートに音響的に結合するダイヤフラム、
    前記ハウジング内で、前記音入口ポートと前記ダイヤフラムの間に配置された音響抵抗素子、
    前記ダイヤフラムの動きを電気信号に変換するため、前記ダイヤフラムに結合したバックプレート、及び、
    増幅器を備え、前記音響抵抗素子は、前記バックプレートと前記増幅器とを電気的に結合することを特徴とするマイクロホン。
17. 前記音響抵抗素子は、織物金属、焼結金属、フェルト金属、織物プラスチック、焼結プラスチック、フェルトプラスチック、織物有機繊維、焼結有機繊維、フェルト有機繊維のうち少なくとも１つからなる請求項１６に記載のマイクロホン。
18. 前記音響抵抗素子は、外側表面と内側表面を有する音響抵抗材料の体積から成形され、前記内側表面は、ほぼ前記体積内に含まれ、前記外側表面は前記音入口に音響的に伝達するように結合し、前記内側表面は前記ダイヤフラムに音響的に伝達するように結合する請求項１６に記載のマイクロホン。

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