JP2007020043A - マイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 指向性を有するＮＡＭマイクを提供する。
【解決手段】 複数の開口を有し、音の透過率が低い材質により形成される筐体と、筐体の中に設置され、音による振動を電気信号に変換して出力する振動検出素子とを備え、各開口から振動検出素子までの音の伝達経路に異なる媒質を充填する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、音を入力して電気信号に変換するマイクロホンに関する。

使用者の体に接触させて体内伝導音を収音するＮＡＭ(Non-Audible Murmur)マイクロホン（以下、単にＮＡＭマイクという）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
このＮＡＭマイクはソフトシリコーンによりエレクトレット膜を包み込むようにして構成され、接触型マイクとしての使用を推奨しているが、構造上は全指向特性をもつマイクロホンとして用いることも可能である。

一方、図５に示すように、エレクトレットコンデンサマイクを用い、機械的な構造を利用した指向性マイクも提案されている。図４において、マイクの振動検出素子は筒状の壁体内に収納され、振動検出素子の表面付近の壁体にはスリットが設けられている。音源１から出力された音は経路１および経路２を通ってマイクの振動検出素子の観測点に到達する。このとき、経路１を経由して到達する音波と、経路２を経由して到達する音波とが半波長ずれた場合には、それらの音波は互いに相殺され、観測点において音源１から到来する音の音圧は０になる。
しかしながら、音源２から出力された音は経路３を通って観測点に到来する。このときの音波は観測点において観測可能である。
このように、図５に示すような構造のマイクを用いて特定の方向からの音を抑圧し、特定の方向からの音だけを収音する指向性マイクが提案されている。この種の指向性マイクでは、特定の方向から到来する入射波を相殺するようにマイクの構造を設計する必要があるため、形状に制限がある。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
中島他「無音声認識（ＮＡＭ認識）におけるセンシング方法の改善」日本音響学会講演論文集、３−１０−４、pp５８９〜５９０、Ｍａｒ．２００４

上述したＮＡＭマイクは、すべての方向から入射する音に対してほぼ等価な音圧の信号を出力する全指向性（無指向性）の特性を有しており、特定の方向から入射する音を収音する指向性はない。

複数の開口を有し、音の透過率が低い材質により形成される筐体と、筐体の中に設置され、音による振動を電気信号に変換して出力する振動検出素子とを備え、各開口から振動検出素子までの音の伝達経路に異なる媒質を充填する。

本発明によれば、指向性を有するＮＡＭマイクを提供することができる。

《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態のマイクの断面を示す。第１の実施の形態のマイクは、円筒状の壁体１２の中に２枚の振動検出素子１１を対向させ、それらを一般的なエレクトレットコンデンサマイクの振動膜として用いる。そして、これらの振動検出素子１１は２つの媒質１，２により包み込まれている。媒質１，２には例えばソフトシリコーンなどの柔らかい材質の材料を用い、ＮＡＭマイクを形成する。なお、壁体１２の形状は円筒状に限定されず、筐体であればどのような断面形状であってもよい。

壁体１２は音響的に不透過率が高い材質で形成されており、側面からの直接波が振動検出素子１１に到達しない構造としている。側面からの音は回折して媒質１が充填されている側の面と、媒質２が充填されている側の面からそれぞれ入射する。振動検出素子１１にはそれぞれ電極線１３が接続され、振動検出素子１１で収音した音の電気信号を取り出すことができる。

図２は一実施の形態のマイクの指向性を説明するための図である。音源から観測点に向かう方向をｘ軸方向にとると、ｘ軸方向に伝搬している音波において、媒質１の体積弾性率をＫ１、密度をρ１、媒質２の体積弾性率をＫ２、密度をρ２としたとき、媒質１の音速ｃ１および媒質２の音速ｃ２は次のように表すことができる。
ｃ１＝√（Ｋ１／ρ１） ・・・（１）
ｃ２＝√（Ｋ２／ρ２） ・・・（２）

また、波動方程式により、２つの媒質１，２を通過する波長λの正弦波について、任意の時間ｔと場所ｘにおける音圧は次のように表すことができる。
Ｐ１（ｘ，ｔ）＝Ａ１・sin（２π／λ（ｘ−ｃ１・ｔ）） ・・・（３）
Ｐ２（ｘ，ｔ）＝Ａ２・sin（２π／λ（ｘ−ｃ２・ｔ）） ・・・（４）
（３）、（４）式において、Ａ１、Ａ２は振幅を表す。特定の方向から到来し、２つの媒質１，２を通過した後、時刻ｔ０に観測点ｘ１で観測された正弦波の音圧Ｐ（ｘ１，ｔ０）は次式で表される。
Ｐ（ｘ１，ｔ０）＝Ｐ１（ｘ１，ｔ０）＋Ｐ２（ｘ１，ｔ０） ・・・（５）

ところで、媒質１の音速ｃ１と媒質２の音速ｃ２に対し、ｃ１＞ｃ２の関係が成立した場合、媒質２を通過する音は媒質１を通過する音よりも遅れる。この遅れが媒質１の音波に対しλ／２の場合は、
Ｐ１（ｘ１，ｔ０）＝−Ｐ２（ｘ１，ｔ０）
∴Ｐ（ｘ１，ｔ０）＝０ ・・・（６）
となって観測点における音圧Ｐが０になるため、特定の方向から到来した音については観測できないことがわかる。

このように、異なる体積弾性率Ｋおよび密度ρをもつ２つ以上の媒質を用いることによって、特定の方向から到来する音に対して任意の観測点における音圧を抑制することができる。この一実施の形態では、媒質１の音速ｃ１と媒質２の音速ｃ２の間にはｃ１＞ｃ２の関係があるものとする。

図１に示す第１実施の形態のマイクにおいて、媒質１が充填されている側を正面とし、媒質２が充填されている側を背面とする。背面方向に配置された音源２から２枚の振動検出素子１１の中間点に到来する音は、経路２−１に示す直接波と経路２−２に示す回折波との重ね合わせになる。経路２−２を通過する回折波は、経路２−１を通過する直接波よりも到達距離が長いが、媒質１を通過する音速ｃ１は媒質２を通過する音速ｃ２よりも速いため、長い経路における時間遅れが相殺される。このとき、回折波は直接波と比較し、任意の周波数Ｘにおいて位相がπだけずれた状態となる。よって、２枚の振動検出素子１１の中間点において観測される周波数Ｘの音の音圧レベルは小さくなる。

一方、正面方向に配置された音源１から２枚の振動検出素子１１の中間点に到来する音は、経路１−１に示す直接波と経路１−２に示す回折波との重ね合わせになる。経路１−２を通過する回折波は、経路１−１を通過する直接波よりも到達距離が長く、媒質２を通過する音速ｃ２も媒質１を通過する音速ｃ１よりも遅いため、回折波の到達時間は直接波の到達時間よりも著しく長い。これは、特定の時間に到来する音を相殺するものではないため、正面からの音はほとんど変化しない。

このように、第１の実施の形態によれば、複数の開口を有し、音の透過率が低い材質により形成される壁体１２と、壁体１２の中に設置され、音による振動を電気信号に変換して出力する振動検出素子１１とを備え、各開口から振動検出素子までの音の伝達経路に異なる媒質１と２を充填するようにしたので、指向性を有するＮＡＭマイクを形成することができる。

また、第１の実施の形態によれば、特定の方向から到来する音が、一方の開口から媒質１を介して振動検出素子１１へ至る伝達系路と、他方の開口から媒質１と異なる媒質２を介して振動検出素子１１へ至る伝達系路とを通過し、振動検出素子１１へ到達したときに２つの伝達系路を通過した音の位相が互いに反転して打ち消し合うように、媒質１と２の体積弾性率Ｋと密度ρを決定するようにしたので、任意の周波数の音を抑制でき、任意の周波数の音に対して指向性を持つＮＡＭマイクを形成することができる。

《発明の第２の実施の形態》
複数の周波数の音を消すためには、媒質を細かく分割して配置する手法が考えられる。一般に、媒質を通過する音波は、特定の周波数において時間遅れを生じることが知られている。そこで、観測点に到達する音波の速度を制御するための媒質の長さ（厚さ）を変えて周波数ごとに観測点における音波の波面を合わせることを考える。

図３は第２の実施の形態のマイクの断面を示す。なお、図３において、図１に示す構成要素と同様な構成要素に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。マイクの側面には壁体１２Ａが配置されており、第２の実施の形態のマイクも、円筒状の壁体１２Ａの中に２枚の振動検出素子１１を対向させ、それらを一般的なエレクトレットコンデンサマイクの振動膜として用いる。そして、これらの振動検出素子１１の周りに例えばソフトシリコーンなどの媒質１を充填し、ＮＡＭマイクを形成する。

壁体１２Ａには所々にスリットが開けられている。これらのスリットを通過する音の経路の内、経路１のスリットには媒質１が充填され、経路２〜４のスリットには媒質１と異なる媒質２の部材１〜３が装填されている。この第２の実施の形態では、媒質１を通過する音の速度ｃ１は、媒質２を通過する音の速度ｃ２より遅い。部材１〜３は互いに長さが異なり、経路２のスリットに装填された部材３の長さを１．０としたとき、経路３のスリットに装填される部材２の長さを１．５、経路４のスリットに装填される部材１の長さを２．０とする。

音源から出力された音は、経路１〜４を通って観測点まで到達する。経路４は最も距離が長いため、観測点に到達する時間は最も遅くなる。経路４から入射した音波は長さが最も長い媒質２を通過するので、媒質１の音速ｃ１よりも速い音速ｃ２の媒質２を最も長く通過して観測点に到達する。したがって、経路４のスリットに装填される媒質２の長さを適切に設定することによって、音源からの音波が観測点に到達するまでの時間を経路１を通る時間と同程度に制御することができる。同様に、経路２と経路３においても、それぞれ部材２、３の長さを適切に設定することによって、音源からの音波が観測点に到達するまでの時間を制御することが可能である。

これらの複数の経路１〜４を、制御したい周波数に対して適切に設定することによって、同時に複数の周波数において指向性を形成することができる。

図４は、異なる媒質を用いて複数の周波数の音に対して指向性を形成するマイクの断面構造を示す。このマイクでは、媒質２＞媒質３＞媒質４＞媒質１の順に、媒質中を通過する音速を決定すればよい。

このように、第２の実施の形態によれば、複数の開口から前記振動検出素子へ至る複数の伝達経路に体積弾性率、密度および長さの異なる媒質を充填するようにしたので、複数の周波数の音を抑制でき、複数の周波数の音に対して指向性を持つＮＡＭマイクを形成することができる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、壁体１２、１２Ａが筐体を、振動検出素子１１が振動検出素子をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。

第１の実施の形態のマイクの断面構造を示す図である。 指向性を形成する原理を説明するための図である。 第２の実施の形態のマイクの断面構造を示す図である。 第２の実施の形態の変形例のマイクの断面構造を示す図である。 従来の指向性マイクの断面構造を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４ 媒質
１１ 振動検出素子
１２、１２Ａ 壁体
１３ 電極線

Claims (3)

1. 複数の開口を有し、音の透過率が低い材質により形成される筐体と、
   前記筐体の中に設置され、音による振動を電気信号に変換して出力する振動検出素子とを備えたマイクロホンであって、
   前記各開口から前記振動検出素子までの音の伝達経路に異なる媒質を充填することを特徴とするマイクロホン。
2. 請求項１に記載のマイクロホンにおいて、
   特定の方向から到来する音が、第１の開口から第１の媒質を介して前記振動検出素子へ至る伝達系路と、第２の開口から第２の媒質を介して前記振動検出素子へ至る伝達系路とを通過し、前記振動検出素子へ到達したときに２つの伝達系路を通過した音の位相が互いに反転して打ち消し合うように、媒質の体積弾性率と密度を決定することを特徴とするマイクロホン。
3. 請求項１または請求項２に記載のマイクロホンにおいて、
   前記複数の開口から前記振動検出素子へ至る複数の伝達経路に体積弾性率、密度および長さの異なる媒質を充填することを特徴とするマイクロホン。

Images