JP2010136044A - コンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、調整も容易で、良好な低域の周波数応答特性を得ることができるコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンを得る。
【解決手段】音波を受けて振動する振動板３、振動板３と薄空気層をおいて対向する固定電極４、固定電極４の背部に形成された背部空気室６を備えた単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットであって、背部空気室６を外部に開放する複数の孔５１からなる音響端子を有し、複数の孔５１の少なくとも一つを介して背部空気室６と連通している第２の空気室１０を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンに関するもので、特に、単一指向性のものにおいて低域の周波数応答を改善するための技術を提供するものである。

コンデンサマイクロホンユニットの一般的な構成例を図５乃至図７に示す。図５乃至図７において、筒型のユニットケース１内には、振動板保持リング２、振動板３、スペーサ９、固定電極４、空気室６、絶縁ベース５などの内臓部品が組み込まれている。ユニットケース１の前端（図５において左端）部は内向きフランジ１１となっていて、この内向きフランジ１１の内側の面に振動板保持リング２が押し当てられている。振動板保持リング２の背面側には薄膜からなる振動板３が貼り付けられている。振動板３の背面側には、その外周縁部にリング状のスペーサ９が配置され、スペーサ９の背面側に固定電極４が配置されている。

上記絶縁ベース５は、外形がユニットケース１の内面形状と同様に形成されていて、図６に示すように、前端側外周縁部に突堤５２を残して窪み５３が形成されている。窪み５３の底に相当する部分に段部５４が形成され、段部５４に続いてその内周側に別の窪み５５が形成されている。固定電極４は上記窪み５３に落とし込まれ、上記段部５４に当たっている。上記空気室６は、その前側が固定電極４によって区切られた上記窪み５５で形成されている。空気室６には例えばスポンジが詰め込まれている。ユニットケース１の開放された後端部には、絶縁ベース５を初めとする内臓部品の脱落を防止し、かつ、内臓部品をユニットケース１の前側に向かって押圧する適宜の押圧部材が嵌められている。

上記押圧部材によって絶縁ベース５が前側に向かって押され、その段部５４が固定電極４を前側に押し、固定電極４は、スペーサ９、振動板３、振動板保持リング２をこの順に前側に向かって押している。振動板保持リング２はユニットケース１の内向きフランジ１１に当たるため、上記内蔵部品が適宜の押圧力をもってユニットケース１内に保持されている。ユニットケース１の突堤５２と振動板３との間には隙間が生じるように、突堤５２と段部５４との段差が設定されている。こうして、振動板３と固定電極４との間には、スペーサ９の厚さに相当する微小な隙間が形成されている。

振動板３と固定電極４は、その間に空気層が存在することによりコンデンサを構成している。振動板３が音波を受けて振動すると、上記コンデンサの容量が変化し、この容量の変化を電圧の変化に変換し、これをマイクロホンユニットの出力とする。固定電極４は上記コンデンサの一方の電極を構成していて、この電極は、振動板保持リング２、ユニットケース１に通じている。上記コンデンサの他方の電極を構成している固定電極４は、絶縁ベース５の中心部を貫いて固定された円柱形状の引き出し電極７に通じている。引き出し電極７は、図示されない回路基板などに実装されたインピーダンス変換器の主体をなすＦＥＴに電気的に接続される。

ユニットケース１の前端は内向きフランジ１１の内周側が開放されて振動板３の前面側からの音波の入り口になっている。また、図面には表されていないが、固定電極４には適宜の透孔が形成されている。絶縁ベース５にも適宜数の透孔５１が形成され、透孔５１は後部音響端子を構成している。したがって、振動板３の背面は、固定電極４の上記透孔、空気室６、絶縁ベース５の透孔５１に連通している。複数の透孔５１のうちいくつかの透孔５１は、音響抵抗材８で覆われている。図示の従来例では、１２個の透孔５１が形成され、このうち１個の透孔５１が音響抵抗材８で覆われている。

以上説明した従来例のように、振動板３の後ろ側に音響端子を設けることによって単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットを得ることができる。図８はその音響的な等価回路を示す。等価回路を構成する素子などを以下のように定義する。
Ｐ１：前側から到来する音波の音圧
Ｐ２：後部音響端子側から到来する音波の音圧
ｍ０：振動板３の質量
ｓ０：振動板３のスティフネス
ｒ０：振動板３の前側の音響抵抗
ｒ１：後部音響端子の音響抵抗
ｓ１：空気室６のスティフネス
上記従来例において、絶縁ベース５に形成されている１２個の透孔５１を覆う音響抵抗材８の数を多くすればするほど後部音響端子の音響抵抗が大きくなり、指向性は無指向性寄りの傾向が強くなる。

図９は、上記従来例の周波数応答特性を示すもので、音波が０度の角度すなわち正面から進入する場合、９０度の角度すなわち真横から進入する場合および角度１８０度すなわち真後ろから進入する場合に分けて示している。図９から明らかなように、低域において９０度と１８０度の特性が反転し、より低域になると１８０度の特性が０度の特性に接近している。これを「近接効果」といい、低域の周波数応答を改善するための一つの課題は、「近接効果」をなくすことである。

ところで、単一指向性コンデンサマイクロホンにおける正面からの周波数応答の低域限界は、無指向性コンデンサマイクロホンよりも高い周波数であり、無指向性では低域限界は存在しない。したがって、単一指向性コンデンサマイクロホンにおいて、低域での指向性を無指向性寄りに制御すれば、低域の周波数に対して圧力動作の増大を図ることができ、低域における特性の低下を補償できる。

従来、単一指向性コンデンサマイクロホンにおいて、低域の周波数応答を改善する技術が各種提案されている。
その第１の技術は、前側と後ろ側に振動板を設け、各振動板を音響端子にするものである。より具体的には、二つの単一指向性マイクロホンユニットを背中合わせにして両者を音響的に結合した構造にしたものである。かかる構造のマイクロホンユニットによれば、前後の音響端子間距離が、一つのマイクロホンユニットの２倍になるため、比較的大型のマイクロホンユニットに多く用いられる。前後の音響端子間距離が長いことから、高域まで良好な指向周波数特性を得ることは困難である。

単一指向性コンデンサマイクロホンにおいて低域の周波数応答を改善する第２の技術は、空気の入り口に音響抵抗を取り付けた空気室を、マイクロホンユニットの背部気室に音響的に接続してなるものである。図５乃至図７に示す従来例の構造の場合、絶縁ベース５の背面側に空気室を設け、この空気室を、前記空気室６と連通させた構造になる。

上記第２の技術に相当する従来例として、例えば、特許文献１記載の発明を挙げることができる。特許文献１記載の発明は、図５乃至図７に示す従来例に即して説明すれば、絶縁ベース５に、同心円上に間隔をおいて前記透孔５１を形成し、かつ、これらの透孔５１に音響抵抗材を配置し、これら音響抵抗材の背面側に、前記空気室６と連通する背部空気室を設けたものである。上記音響抵抗材の背面側にはまた、回転位置を変えることによって絶縁ベース５の上記透孔５１との重合度を変えることができる円板を配置し、この円板の回転位置を変えることによって上記音響抵抗材の音響抵抗値を変えることができるようになっている。

実公平６−４６１５８号公報

特許文献１記載の発明によれば、固定電極の背後の空気室と、音響抵抗材の背面側に形成されている背部空気室との間の音響抵抗を可変とすることにより、単一指向性コンデンサマイクロホンにおける低域の周波数応答を最適位置に調整することができる。また、低域の周波数応答を改善する前記第１の技術のように、前後の音響端子間距離が長くなることを回避することができるため、指向周波数応答特性が高域まで良好な単一指向性コンデンサマイクロホンを得ることができる。前述の「近接効果」も改善することができる。

しかしながら、特許文献１記載の発明によれば、前記回転板の回転位置調整機構のほかに、音響抵抗材の圧縮度調整機構を設けて音響抵抗材の音響抵抗を調整する必要があるため、構造が複雑で、調整も面倒である、という難点がある。

本発明は、特許文献１記載の発明をさらに改良すること、すなわち、構造が簡単で、調整も容易で、良好な低域の周波数応答特性を得ることができるコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンを得ることを目的とする。

本発明は、音波を受けて振動する振動板、振動板と薄空気層をおいて対向する固定電極、固定電極の背部に形成された背部空気室を備えた単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットであって、上記背部空気室を外部に開放する複数の孔からなる音響端子を有し、上記複数の孔の少なくとも一つを介して上記背部空気室と連通している第２の空気室を有していることを最も主要な特徴とする。

背部空気室を外部に開放する音響端子を複数の孔で構成し、この孔の少なくとも一つを介して背部空気室と連通する第２の空気室を設けるという比較的簡単な構成によって、中高音域の指向周波数応答特性を損なうことなく、低域の正面の周波数応答特性を改善することができた。１８０度方向の周波数応答も改善された。すなわち、近接効果を減少させることができ、単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットないしはマイクロホンとして良好な特性を得ることができる。

以下、本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンの実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、前述の従来例の構成部分と同じ構成部分には共通の符号を付している。

図１において、筒型のユニットケース１内には、振動板保持リング２、振動板３、スペーサ９、固定電極４、空気室６、絶縁ベース５などの内臓部品が組み込まれている。ユニットケース１の前端（図１において左端）部は内向きフランジ１１となっていて、この内向きフランジ１１の内側の面に振動板保持リング２が押し当てられている。振動板保持リング２の背面側には薄膜からなるダイヤフラム状の振動板３が適宜の張力が与えられて貼り付けられている。振動板３の背面側には、その外周縁部にリング状の薄板からなるスペーサ９が配置され、スペーサ９の背面側に固定電極４が配置されている。

上記絶縁ベース５は、外形がユニットケース１の内面形状と同様に形成されていて、図６に示す従来例における絶縁ベースと同様に、前端側外周縁部に突堤５２を残して窪み５３が形成されている。窪み５３の底に相当する部分に段部５４が形成され、段部５４に続いてその内周側に別の窪み５５が形成されている。固定電極４は上記窪み５３に落とし込まれ、上記段部５４に当たっている。上記空気室６は、その前側が固定電極４によって区切られた上記窪み５５で形成され、所定の容積を保有している。空気室６には例えばスポンジが詰め込まれている。ユニットケース１の開放された後端部には、絶縁ベース５を初めとする内臓部品の脱落を防止し、かつ、内臓部品をユニットケース１の前側に向かって押圧するための適宜の押圧部材が嵌められている。

上記押圧部材によって絶縁ベース５が前側に向かって押され、その段部５４が固定電極４を前側に押し、固定電極４は、スペーサ９、振動板３、振動板保持リング２をこの順に前側に向かって押している。振動板保持リング２はユニットケース１の内向きフランジ１１に当たるため、上記内蔵部品が適宜の押圧力をもってユニットケース１内に保持されている。ユニットケース１の突堤５２と振動板３との間には隙間が生じるように、突堤５２と段部５４との段差が設定されている。こうして、振動板３と固定電極４との間には、スペーサ９の厚さに相当する微小な隙間からなる薄空気層が形成されている。

振動板３と固定電極４は、その間に薄空気層が存在することによりコンデンサを構成している。振動板３が音波を受けて振動すると、上記コンデンサの容量が変化し、この容量の変化を電圧の変化に変換し、これをマイクロホンユニットの出力とする。固定電極４は上記コンデンサの一方の電極を構成していて、この電極は、振動板保持リング２、ユニットケース１に通じている。上記コンデンサの他方の電極を構成している固定電極４は、絶縁ベース５の中心部を貫いて固定された円柱形状の引き出し電極７に通じている。引き出し電極７は、図示されない回路基板などに実装されたインピーダンス変換器の主体をなすＦＥＴに電気的に接続される。

ユニットケース１の前端は内向きフランジ１１の内周側が開放されて振動板３の前面側からの音波の入り口になっている。また、図面には表されていないが、固定電極４には適宜の透孔が形成されている。絶縁ベース５にも適宜数の透孔５１が形成され、透孔５１は後部音響端子を構成している。したがって、振動板３の背面は、固定電極４の上記透孔、空気室６、絶縁ベース５の透孔５１に連通している。
ここまで説明してきた構成は、図５に示す従来例の構成とほぼ同じである。以下、本発明の特徴的な構成について説明する。

図１において、音響端子を構成する上記複数の透孔５１は、背部空気室６を外部に開放していて、上記複数の透孔５１のうちの一つの透孔は、第２の空気室１０に連通している。換言すれば、透孔５１の一つを介して背部空気室６と第２の空気室１０が連通している。また、第２の空気室１０は、背部空気室６に連通するとともに、固定電極４の透孔を介して振動板３と固定電極４との間の薄空気層に連通している。第２の空気室１０は先端部の挿入部１２を除いて密閉された瓶状の部材で、上記挿入部１２が一つの透孔５１に挿入されている。したがって、一つの透孔５１と上記挿入部１２を介して、背部空気室６の容積が第２の空気室１０の容積分拡大され、上記一つの透孔５１を除く他の透孔５１が開放されている。

第２の空気室１０の容積は、振動板３、固定電極４、絶縁ベース５、背部空気室６などからなるコンデンサマイクロホンユニットの基本構成部の設計仕様に応じて適宜設定される。第２の空気室１０の容積を設定するには、試作段階において、例えば、透孔５１に注射器のシリンダの先端を挿入し、シリンダに対するプランジャの挿入量を変化させて上記シリンダの容積を変化させ、実質的に第２の空気室１０の容積を変化させて周波数応答を測定した。実施例では２ｃｃ程度に設定することによって良好な周波数応答特性を得ることができた。

図１に示す実施例では、後部の音響端子を構成する透孔５１を１２箇所形成し、そのうちの一つに第２の空気室１０を連結したが、複数の透孔５１に第２の空気室１０を連結してもよい。また、複数の透孔５１にそれぞれ個別に第２の空気室１０を連結してもよい。第２の空気室１０が連結されない透孔５１はそのまま開放していてもよいし、適宜音響抵抗材で覆ってもよい。

図２は、上記実施例の音響等価回路を示す。等価回路を構成する素子などを以下のように定義する。
Ｐ１：前側から到来する音波の音圧
Ｐ２：後部音響端子側から到来する音波の音圧
ｍ０：振動板３の質量
ｓ０：振動板３のスティフネス
ｒ０：振動板３の前側の音響抵抗
ｒ１：後部音響端子の音響抵抗
ｓ１：空気室６のスティフネス
ｒ２：空気室６と第２の空気室１０との連通部の音響抵抗
ｓ２：第２の空気室１０のスティフネス

図２に示す等価回路を、図８に示す従来例の等価回路と比較すると、空気室６のスティフネスｓ１に、空気室６と第２の空気室１０との連通部の音響抵抗ｒ２と、第２の空気室１０のスティフネスｓ２の直列接続が並列に付加されている点が異なる。
この音響抵抗ｒ２とスティフネスｓ２が付加されてなる本実施例に係る単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットの周波数応答特性を図４に示す。音波が０度の角度すなわち正面から進入する場合、９０度の角度すなわち真横から進入する場合および角度１８０度すなわち真後ろから進入する場合に分けて示している。

図４に示す特性と前記図９に示す特性を比較すると明らかなように、低域において正面からの周波数応答が向上し、１８０度方向からの周波数応答が低下し、単一指向性コンデンサマイクロホンユニットとしての特性が改善されている。これによって、前述の「近接効果」もなくなっている。また、中高域については従来例とほぼ同じである。したがって、中高域の周波数応答特性を損なうことなく、低域の周波数応答を改善することができた。このように優れた特性を備えたコンデンサマイクロホンユニットを、第２の空気室を設けるという比較的簡単な構成で得ることができ、また、調整も容易である。

次に、本願発明の第２の実施例について説明する。図３は第２の実施例の要部を示す。この実施例は、第２の空気室１０が複数の連通路１４を有し、複数の連通路１４の少なくとも一つが、パイプ１５を介して絶縁ベース５の透孔５１の一つに連結することができるように構成されている。パイプ１５は可撓性を持っていて、透孔５１に連結するのに必要にして十分な長さを有し、複数の透孔５１のうちの一つを選択してその透孔５１に差し込むことができるように構成されている。第２の空気室１０が有している他の連通路１４も他の透孔５１に連結してもよい。透孔５１に連結しない連通路１４は、その先端を適宜の閉塞部材１６で塞ぐように構成されている。

図３に示す実施例によれば、前記第１の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、第２の空気室１０が有する複数の連通路１４のうち任意の連通路を選択して、絶縁ベース５が有する複数の透孔５１のうち任意の透孔に連結することができるため、中高域の周波数応答特性を損なうことなく、低域の周波数応答を最も効果的に改善することができるように調整することができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットをマイクロホンケースに組み込み、マイクロホンケースには適宜ケーブルコネクタなどを装着することによって、これまで説明してきたような効果を有する単一指向性のコンデンサマイクロホンを構成することができる。

本発明に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの第１実施例を示す縦断面図である。 上記実施例の音響等価回路図である。 本発明に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの第２実施例の要部を示す縦断面図である。 上記第１実施例のマイクロホンユニットの周波数応答特性を示すグラフである。 従来の単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの例を示す縦断面図である。 上記従来例中の絶縁ベースを示す縦断面図である。 上記絶縁ベースの底面図である。 上記従来のコンデンサマイクロホンユニットの音響等価回路図である。 上記従来のマイクロホンユニットの周波数応答特性を示すグラフである。

符号の説明

１ ユニットケース
２ 振動板保持リング
３ 振動板
４ 固定電極
５ 絶縁ベース
６ 背部空気室
９ スペーサ
１０ 第２の空気室
１２ 挿入部
５１ 透孔

Claims (7)

1. 音波を受けて振動する振動板、振動板と薄空気層をおいて対向する固定電極、固定電極の背部に形成された背部空気室を備えた単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットであって、
   上記背部空気室を外部に開放する複数の孔からなる音響端子を有し、
   上記複数の孔の少なくとも一つを介して上記背部空気室と連通している第２の空気室を有しているコンデンサマイクロホンユニット。
2. 第２の空気室は、音響端子を構成する複数の孔の一つに挿入することができる挿入部を有する請求項１記載のコンデンサマイクロホンユニット。
3. 第２の空気室は複数の連通路を有し、適宜の連通路を選択して背部空気室と第２の空気室を連通可能であり、使用されない連通路は塞がれている請求項１記載のコンデンサマイクロホンユニット。
4. 背部空気室は、固定電極とこの固定電極を保持する絶縁ベースの窪みによって形成され、固定電極に形成されている透孔を通じて振動板と固定電極との間の薄空気層に連通している請求項１または２記載のコンデンサマイクロホンユニット。
5. 音響端子を構成する複数の透孔は絶縁ベースに形成され、第２の空気室が有している複数の連通路の少なくとも一つを上記孔の少なくとも一つに連結可能に構成されている請求項３記載のコンデンサマイクロホンユニット。
6. 音響端子を構成する複数の透孔のうち第２の空気室に連通していない音響端子の少なくとも一つは音響抵抗材で覆われている請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンユニット。
7. 単一指向性のコンデンサマイクロホンユニットがマイクロホンケース内に組み込まれたコンデンサマイクロホンであって、上記コンデンサマイクロホンユニットは、請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンユニットである単一指向性のコンデンサマイクロホン。

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