JP2005244427A - 単一指向性コンデンサマイクロホンユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウリングの発生が少ない単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを提供する。
【解決手段】 支持リング２１に張設された振動板２０と絶縁座５０に支持された固定極３０とをスペーサリング４０を介して対向的に配置し、固定極３０と絶縁座５０との間に後部空気室３１を備えている単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおいて、空気の密度をρ，音速をｃ，振動板２０の有効振動面積をＳ，後部空気室３１の容積をＶとして、（ρ×ｃ^２×Ｓ^２）／Ｖによって表される後部空気室３１のスチフネスｓ１をその容積Ｖの値に基づいて大きくすることにより、単一指向性に含まれる無指向性成分の共振周波数を高域再生限界付近の周波数にまでシフトさせる。
【選択図】 図２

Description

本発明は単一指向性コンデンサマイクロホンユニットに関し、さらに詳しく言えば、ハウリングが発生しにくい構成とした単一指向性コンデンサマイクロホンユニットに関するものである。

単一指向性のマイクロホンは前方音響端子と後方音響端子とを備え、その音響端子間の距離や後方音響端子側に配置される音響抵抗材などによって特定の音源に対してカージオイド形のポーラパターンを示すが、例えばスピーカの近傍で使用する場合にハウリング（発振））を起こすことがある。

単一指向性のマイクロホンにおいては、その指向周波数応答がハウリングに対して大きな原因となる。したがって、ハウリングを起きにくくするためにはマイクロホンの指向周波数応答を良好にすることが有効である。

単一指向性のマイクロホンでは双指向性成分と無指向性成分とを合成することにより単一指向性を得ているが、静電型であるコンデンサマイクロホンにおける双指向性は抵抗制御であるため共振点を持たない。これに対して、コンデンサマイクロホンにおける無指向性は弾性制御であることから周波数応答の高域側に共振点が存在する。

この共振周波数付近では位相が＋９０゜〜−９０゜の間で１８０゜回転するため単一指向性に合成した場合にも指向周波数応答を劣化させることになる。このため、無指向性成分の共振周波数をできるだけ高い周波数に設計することにより、高域にまでかけて良好な指向周波数応答を実現することができる。

しかしながら、無指向性成分が弾性制御であることからその共振周波数を高い周波数に設定すると感度が低下する。また、無指向性成分の感度低下に合わせて双指向性成分の感度も低下させる必要がある。このため、マイクロホンユニットの変換効率が低下し、感度およびＳ／Ｎ比が悪くなってしまう。

そこで、従来の単一指向性コンデンサマイクロホン（いわゆるバランスのとれたマイクロホン）においては、無指向性成分の共振周波数をおおむね１０ｋＨｚ付近に設計し、感度，指向周波数応答，固有雑音などの性能を満足させている。しかしながら、１０ｋＨｚは可聴周波数帯域でもあり位相回転によるハウリングは５ｋＨｚ以上で発生しやすいという問題がある。

したがって、本発明の課題は、例えば１０ｋＨｚ付近までカージオイド形のポーラパターンを保ち、ハウリングの発生が少ない単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、支持リングに張設された振動板と、絶縁座に支持された固定極とがスペーサリングを介して対向的に配置され、上記固定極と上記絶縁座との間に後部空気室を備えている単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおいて、空気の密度をρ，音速をｃ，上記振動板の有効振動面積をＳ，上記後部空気室の容積をＶとして、（ρ×ｃ^２×Ｓ^２）／Ｖによって表される上記後部空気室のスチフネスｓ１を同後部空気室の容積Ｖの値に基づいて大きくすることにより、単一指向性に含まれる無指向性成分の共振周波数を高域再生限界付近の周波数にまでシフトさせることを特徴としている。

本願の請求項２に係る発明は、上記振動板の有効振動面積Ｓおよび／または成極電圧を大きくすることにより、上記スチフネスｓ１が大きくされた分の感度低下を補うことを特徴としている。

また、本願の請求項３に係る発明は、上記無指向性成分の共振周波数が１０ｋＨｚ付近に設定されている単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおける上記後部空気室のスチフネスｓ１および上記振動板の有効振動面積Ｓに対して、スチフネスｓ１を約３．４倍とし、振動板の有効振動面積Ｓを約１．６倍とすることにより、感度低下を伴うことなく上記無指向性成分の共振周波数を１９ｋＨｚ付近にまでシフトさせることを特徴としている。

本発明によれば、単一指向性に含まれる無指向性成分の共振周波数が高域再生限界付近の周波数（例えば１９〜２０ｋＨｚ付近）にまでシフトされるためハウリングを起こしにくくすることができる。また、振動板の有効振動面積Ｓおよび／または成極電圧を大きくすることにより感度低下を防止できる。

次に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの内部構造を示す断面図で、図２はその要部を示す断面図である。

この単一指向性コンデンサマイクロホンユニット（以下の説明において単に「マイクロホンユニット」ということがある。）は、外筐としての円筒状に形成されたケーシング１０を備えている。ケーシング１０には前方音響端子１１と後方音響端子１２とが設けられている。この例において、前方音響端子１１はケーシング１０の一端側にグリット状に形成された開口よりなり、後方音響端子１２はケーシング１０の側面に開口されている。

また、ケーシング１０の他端側には裏蓋１３と図示しないマイクロホン本体側に連結するための筒状のネジカプラー１４とが設けられている。ケーシング１０およびネジカプラー１４は導電性であることが必要であるため真鍮などの金属材からなる。

ケーシング１０内には振動板２０と固定極３０とがスペーサリング４０を介して対向的に配置されている。振動板２０は少なくとも片面に金属蒸着膜（図示省略）を有する例えば厚さ５μｍ程度の合成樹脂フィルムからなり、支持リング２１に所定のテンションを付与された状態で張設されている。

図示しないが、この例において固定極３０にはエレクトレット材が貼着されている。固定極３０の背面側は合成樹脂製の絶縁座５０にて支持されている。絶縁座５０はケーシング１０の内面に螺合する固定リング６０によって上記支持リング２１側に押し付けられている。

絶縁座５０は固定極３０の背面側との間で後部空気室３１を形成するための凹部５１を備えている。絶縁座５０には後部空気室３１と後方音響端子１２とを連通する音孔５２が穿設されている。また、固定極３０には後部空気室３１と、振動板２０と固定極３０との間に存在する薄空気層３２とを連通する多数の孔３０ａが穿設されている。

絶縁座５０の底部には音孔５２を覆うようにナイロンメッシュなどからなる音響抵抗材７０がアジャストリング７１によりその圧縮度を調整可能に設けられている。また、絶縁座５０には電極引出ロッド８０が取り付けられている。

電極引出ロッド８０は絶縁座５０の内面に沿って形成されている図示しない配線を介して固定極３０と接続されている。また、電極引出ロッド８０は上記ネジカプラー１４を介してこのマイクロホンユニットをマイクロホン本体に連結する際、そのマイクロホン本体側に設けられているインピーダンス変換器（例えばＦＥＴ）と接続される。

図示しない音源から放出される音波のうち、前方音響端子１１から入る音波は振動板２０の前面側に直接作用するのに対して、後方音響端子１２から入る音波は音響抵抗材７０，音孔５２，後部空気室３１および固定極３０の孔３０ａを通って薄空気層３２に至って振動板２０の背面側に作用する。

これにより、このマイクロホンユニットは単一指向性として動作するが、上述したように単一指向性は双方向性成分と無指向性成分とが合成されたものである。このうち、双方向性は上記音響抵抗材７０などによる抵抗制御であることから共振点を持たないが、無指向性は弾性制御であるため共振点を持つ。

すなわち、単一指向性のマイクロホンにおいて、無指向性成分がハウリングを引き起こす要因として大きく関わっている。本発明では、無指向性成分の共振周波数をこのマイクロホンユニットの高域再生限界付近の例えば１９〜２０ｋＨｚ付近にまでシフトさせることによりハウリングが起こりにくくする。

コンデンサマイクロホンにおいて、弾性（バネ）制御を主に司るのは振動板２０の張力と後部空気室３１のスチフネスであるが、現実的な問題として例えば量産する際の品質の安定性を考慮すると、振動板２０の張力よりも後部空気室３１のスチフネスの方がコントロールしやすい。

そこで、本発明では後部空気室３１のスチフネスを大きくして無指向性成分の共振周波数をこのマイクロホンユニットの高域再生限界付近の例えば１９〜２０ｋＨｚ付近にまでシフトさせること提案する。

まず、振動板２０自体の質量および上記薄空気層３２の質量を含む振動板付近の質量をｍ０とし、後部空気室３１のスチフネスをｓ１とすると、無指向性成分の共振周波数ｆｈは次式（１）で示される。
ｆｈ＝１／２π×√ｓ１／ｍ０…（１）

次に、空気の密度をρ，音速をｃ，振動板２０の有効振動面積をＳ，後部空気室３１の容積をＶとすると、後部空気室３１のスチフネスｓ１は次式（２）によって求められる。
ｓ１＝（ρ×ｃ^２×Ｓ^２）／Ｖ…（２）

上記式（１），（２）によれば、振動板付近の質量ｍ０を代えることなく後部空気室３１のスチフネスｓ１を大きくすることにより無指向性成分の共振周波数ｆｈを高域にシフトできることが分かる。振動板２０の有効振動面積Ｓを変更することなく、後部空気室３１のスチフネスｓ１を大きくするには上記式（２）により後部空気室３１の容積Ｖを小さくすればよい。

このように、後部空気室３１の容積Ｖを小さく設計することにより、無指向性成分の共振周波数をこのマイクロホンユニットの高域再生限界付近の例えば１９〜２０ｋＨｚ付近にまでシフトさせることができるが他方において感度が低下する。この感度低下の問題を解決するには、振動板２０の有効振動面積Ｓを大きくするか、および／または成極電圧を高めればよい。

図３に本発明によって実際に作製した単一指向性コンデンサマイクロホン（実施例１）の指向周波数応答の特性グラフを示し、図４および図５に実施例１の６０００Ｈｚ時，１００００Ｈｚ時の各ポーラパターンを示す。これに対して、図６に従来の設計にしたがって作製された単一指向性コンデンサマイクロホン（従来例１）の指向周波数応答の特性グラフを示し、図７および図８に比較例１の６０００Ｈｚ時，１００００Ｈｚ時の各ポーラパターンを示す。実施例１および比較例１の諸元は次のとおり。

〔実施例１〕
振動板の有効振動面積（Ｓ） ０．４９１８６５３ｃｍ^２
音響端子間距離（ｄ） １．０５ｃｍ
振動板付近の質量（ｍ０） ７．１３×１０^−４ｇ
後部空気室の容積（Ｖ） １．７４×１０^−２ｃｍ^３
後部空気室のスチフネス（ｓ１） １．９６×１０^７ｄｙｎ／ｃｍ
共振周波数（ｆｈ） １９０６１Ｈｚ
成極電圧（Ｅｂ） １５７．２Ｖ
感度（Ｖ／Ｐａ） ９．３１×１０^−３
Ｓ／Ｎ比 ７１．９ｄＢ
ダイナミックレンジ １１５．１８ｄＢ
（上記感度の単位（Ｖ／Ｐａ）のＶはマイクロホンの出力電圧，Ｐａは音圧を含む圧力である。すなわち、感度とは１パスカルあたりのマイクロホンの出力電圧である。）

〔従来例１〕
振動板の有効振動面積（Ｓ） ０．３０７７２ｃｍ^２
音響端子間距離（ｄ） １．３ｃｍ
振動板付近の質量（ｍ０） ７．７３×１０^−４ｇ
後部空気室の容積（Ｖ） ２．３３×１０^−２ｃｍ^３
後部空気室のスチフネス（ｓ１） ５．７２×１０^６ｄｙｎ／ｃｍ
共振周波数（ｆｈ） １０１５５Ｈｚ
成極電圧（Ｅｂ） ９４．９Ｖ
感度（Ｖ／Ｐａ） ６．４７×１０^−３
Ｓ／Ｎ比 ７１．３ｄＢ
ダイナミックレンジ １０８．４３ｄＢ

上記のように、実施例１では従来例１と比較して後部空気室のスチフネス（ｓ１）を約３．４倍とし、このスチフネス（ｓ１）によって低下した感度を振動板の有効振動面積（Ｓ）を約１．６倍とし成極電圧（Ｅｂ）を高くすることにより補っている。

共振周波数（ｆｈ）について見ると、従来例１では約１０ｋＨｚであるのに対し、実施例１では約１９ｋＨｚで約２倍となっている。また、ポーラパターンを観察すると、従来例１では図７，図８から分かるように６０００Ｈｚ以上でカージオイドの形が変形してきていることから、この周波数以上の帯域でハウリングが発生しやすい。

これに対して、実施例１によると図４，図５に示されているように１０ｋＨｚ付近までカージオイドの形を保っておりハウリングの発生が少ない。ちなみに、ポーラパターンが凹凸している場合に位相回転が生じやすくハウリングが発生しやすい状況となる。

本発明による単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの内部構造を示す断面図。 上記単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの要部を示す断面図。 本発明の実施例に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの指向周波数応答を示す特性グラフ。 上記実施例の６０００Ｈｚ時のポーラパターンを示すグラフ。 上記実施例の１００００Ｈｚ時のポーラパターンを示すグラフ。 従来例に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの指向周波数応答を示す特性グラフ。 上記従来例の６０００Ｈｚ時のポーラパターンを示すグラフ。 上記従来例の１００００Ｈｚ時のポーラパターンを示すグラフ。

符号の説明

１０ ケーシング
１１ 前方音響端子
１２ 後方音響端子
２０ 振動板
２１ 支持リング
３０ 固定極
３１ 後部空気室
３２ 薄空気層
４０ スペーサリング
５０ 絶縁座
５２ 音孔
７０ 音響抵抗材
８０ 電極引出ロッド

Claims (3)

1. 支持リングに張設された振動板と、絶縁座に支持された固定極とがスペーサリングを介して対向的に配置され、上記固定極と上記絶縁座との間に後部空気室を備えている単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおいて、
   空気の密度をρ，音速をｃ，上記振動板の有効振動面積をＳ，上記後部空気室の容積をＶとして、（ρ×ｃ^２×Ｓ^２）／Ｖによって表される上記後部空気室のスチフネスｓ１を同後部空気室の容積Ｖの値に基づいて大きくすることにより、単一指向性に含まれる無指向性成分の共振周波数を高域再生限界付近の周波数にまでシフトさせることを特徴とする単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
2. 上記振動板の有効振動面積Ｓおよび／または成極電圧を大きくすることにより、上記スチフネスｓ１が大きくされた分の感度低下を補うことを特徴とする請求項１に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
3. 上記無指向性成分の共振周波数が１０ｋＨｚ付近に設定されている単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおける上記後部空気室のスチフネスｓ１および上記振動板の有効振動面積Ｓに対して、スチフネスｓ１を約３．４倍とし、振動板の有効振動面積Ｓを約１．６倍とすることにより、感度低下を伴うことなく上記無指向性成分の共振周波数を１９ｋＨｚ付近にまでシフトさせることを特徴とする請求項１または２に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。

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