JP2012222773A - 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】無指向性コンデンサマイクロホンユニットにおける圧力等価に必要な高い音響抵抗を、安定的に得ることができるようにすること。
【解決手段】振動板ホルダ４に周縁部が取り付けられた振動板８と、電気絶縁性のスペーサ５を介して前記振動板と所定の間隔をもって対向するように配置された金属素材による固定電極６とが具備され、前記振動板の背面空間が閉塞されて無指向性コンデンサマイクロホンユニットが構成される。前記固定電極６における前記スペーサ５に接する部分には、前記振動板と固定電極との間の背面空間が外部と連通するようにエッチング加工により有底凹状の溝部１６ａが形成され、前記溝部１６ａと前記スペーサ５との間で形成される連通部を、圧力等価用の音響抵抗として利用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、振動板の背面空間が密閉に近い状態になされた無指向性コンデンサマイクロホンに関し、例えば大気圧の変動により振動板の位置が変位するのを防止する圧力等価用の連通路を備えた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。

無指向性コンデンサマイクロホンは、基本的には振動板の背面空間が密閉状態になされ、振動板の外側（前面）にある音響端子に加わる音圧と、前記背面空間における圧力との差によって振動板が変位する。
この構成により、マイクロホンユニットにおける振動板の向きや角度に関係なく音の大きさだけに反応する無指向性のマイクロホンが得られる。

図８および図９は前記した無指向性コンデンサマイクロホンユニットの例を示すものであり、図８はマイクロホンユニットを組み立てた状態を示す断面図、図９は前記ユニットを主要部に別けて分解した状態で示す断面図である。
コンデンサマイクロホンユニットは、音波により振動する振動板と固定電極（背面電極）とを所定間隔の空気層を介して対向させたコンデンサ要素を有し、このコンデンサ要素はユニットケース１内において組み立てられている。

すなわち、前記ユニットケース１は、前面側に多数の音導入孔２を有し、後面側が開放された円筒形状になされており、このユニットケース１は、例えば真鍮などの金属素材により成形されている。このユニットケース１内には、その後面側からフロントメッシュ３、リング状の振動板ホルダ４、同じくリング状のスペーサ５、真鍮などの金属素材による固定電極６および合成樹脂等により成形された絶縁座７がこの順序で挿入されている。

また、前記振動板ホルダ４における前記固定電極６と対向する面には、音響端子に加わる音圧により振動する振動板８が取り付けられ、この振動板８はリング状に形成された合成樹脂シートからなる前記スペーサ５の厚さに対応した空気層を介して前記固定電極６に対峙した構成にされている。

前記固定電極６は、ユニットケース１および振動板８に対して電気的に絶縁されるように絶縁座７によって支持されている。また、絶縁座７の中央部には前記固定電極６から信号を取り出すための引出電極ロッド９が取り付けられている。
なお、前記絶縁座７の後面には蓋体１０が気密状態で取り付けられており、前記絶縁座７の適宜の位置に穿設された連通孔７ａを介して、絶縁座７と固定電極６との間、および絶縁座７と蓋体１０との間に、それぞれ空気室１１が形成されている。
この空気室１１は、図８および図９には示されていないが、前記固定電極６に形成された連通孔（音孔）を介して振動板８の背面空間と接続されている。

そして、ユニットケース１の後面側には、ユニットケース１の内周面に形成された雌ねじを利用してロックリング１２がねじ込まれ、このロックリング１２により絶縁座７を介して固定電極６には振動板ホルダ４側に所定の押圧力が付与され、振動板ホルダ４や固定電極６を含むユニット部品の全体がユニットケース１内に固定されている。
なお、前記ロックリング１２は、ユニットケース１と同じく例えば真鍮などの金属素材により成形されている。

前記したマイクロホンユニット（ユニットケースと同一の符号１で示す。）によると、振動板８は前記振動板ホルダ４によって、前記ユニットケース１の前面側において気密状態に装着されているので、振動板８の前面側の音響端子に加わる気圧が変動すると、振動板８の前面と前記空気室１１を含む振動板の背面空間の気圧差によって振動板８の位置が変位する。この振動板８の位置の変位によりマイクロホンユニット１は、その出力感度が変動することになる。

このような大気圧の変動による振動板位置の変位を防止するために、集音帯域よりも極めて低い周波数帯域で振動板の背面空間（前記空気室１１を含む）を外部に連通させるキャピラリーベント（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｖｅｎｔ）と称する連通路を備えたコンデンサマイクロホンの構造が非特許文献１に開示されている。

前記した気圧の変化による振動板の位置の変位を防止することを圧力等価と呼んでおり、この圧力等価は集音帯域よりも極めて低い周波数で連通する必要があることから空気室の音響インピーダンスに比較して高い音響インピーダンスで空気室を外気に連通する必要がある。
高い音響抵抗を安定に得るためには細い管（キャピラリーチューブ）、あるいは平板で挟まれた薄空気層抵抗が用いられる。これらはいずれも高いインピーダンスを得るためには微細加工が必要であり、相応の加工精度を維持するためにコストアップは免れない。

ところで、この種のコンデンサマイクロホンユニットにおいては、固定電極の外周部に合成樹脂で作成したリング状のスペーサを挟んで、振動板組立体を取り付ける構造が採用されている。図１０〜図１２はその例を説明するものである。
なお、図１０〜図１２においては、すでに説明した図８および図９に示す各部と同一の機能を果たす部分を同一符号で示しており、したがってその詳細な説明は省略する。

図１０は前記した図８と同様にマイクロホンユニットを組み立てた状態を示す断面図であり、図１１は図１０における符号ｂ部分の拡大断面図、また図１２は図１０に示すマイクロホンユニットにおいて用いられるスペーサの構成を示した正面図である。

図１０〜図１２に示すマイクロホンユニットにおいては、図１２に示す構成のスペーサ５が用いられている。すなわち図１２に示すスペーサ５は、リングの一部が切除されて、この切除部５ａが大気の連通路（音響抵抗）として機能するように構成されている。
その特徴とするところが図１２に拡大して示されており、図１１に示す拡大断面図は前記スペーサ５における切除部５ａを含む部分について示したものである。

加えて、この例においては振動板ホルダ４の前面側に、図１１に示すように例えばステンレス素材を用いてこれをメッシュ状に加工したメッシュ状スペーサ（ステンレスメッシュ）１４が配置されている。
このメッシュ状スペーサ１４は、前記したとおりメッシュ状に加工されることにより通気性を持ち、かつリング状に構成されている。

前記した構成によると前記振動板８の周縁部と前記固定電極６との対向部分の一部に、前記スペーサ５に施された切除部５ａによる連通路（音響抵抗）が形成される。
これにより、振動板８と固定電極６との間の背面空間は、図１１に破線の矢印で示すように前記スペーサ５の切除部５ａを介して、ユニットケース１の内周面側に連通し、さらにユニットケース１の内周面と振動板ホルダ４の外周縁との隙間を介して、前記メッシュ状スペーサ１４側に連通し、外部と接続されている。

図１０〜図１２に示すマイクロホンユニット１によると、スペーサ５に切除部５ａが形成されてＣ字状になされているため、組み立て時にスペーサ５の形態が変形し易く、特に切除部５ａの幅にばらつきが発生して、安定した音響抵抗を得るのが困難であるという課題がある。

そこで、スペーサを前記したＣ字状に切り離さずに、スペーサの一部に切欠き溝を設ける構成を本件出願人が提案しており、これは特許文献１に開示されている。これによると、振動板が取り付けられた振動板ホルダ側に、環状の溝とこれに連通する音響導入溝を形成する加工も必要となる。

また、本件出願人は樹脂製振動板の一部に火花放電により孔を穿設し、この孔を利用して圧力等価する手段を提案しており、これは特許文献２に開示されている。
これによると、フィルム状の振動板の厚さが２μｍ前後で薄いことから、特に無指向性コンデンサマイクロホンに前記特許文献２に開示の手段を適用しようとした場合、無指向性コンデンサマイクロホンに必要な極めて高い音響抵抗を得ることが困難であるという課題がある。

実開昭６１−１８７１８９号公報 特開平９−８４１９５号公報

Ｊｏｈｎ Ｅａｒｇｌｅ著「Ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ Ｂｏｏｋ」（ｐ４９，Ｆｉｇｕｒｅ３−２０）Ｆｏｃａｌ Ｐｒｅｓｓ社

この発明は、前記した技術的な背景に基づいてなされたものであり、固定電極におけるスペーサに接する部分に、エッチング加工により有底凹状の溝部を形成し、この溝部を圧力等価するための音響抵抗として利用するものである。
すなわち、前記エッチング加工によると深さが極めて浅い溝部を精度よく形成することが可能であり、特に無指向性コンデンサマイクロホンに必要な圧力等価用の極めて高い音響抵抗を安定的に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提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットは、振動板ホルダに周縁部が取り付けられた振動板と、電気絶縁性のスペーサを介して前記振動板と所定の間隔をもって対向するように配置された金属素材による固定電極とが具備され、前記振動板の背面空間が閉塞されてなる無指向性コンデンサマイクロホンユニットであって、前記固定電極における前記スペーサに接する部分には、前記振動板と固定電極との間の背面空間が外部と連通するようにエッチング加工により有底凹状の溝部が形成され、前記溝部と前記スペーサとの間で形成される連通部を、圧力等価用の音響抵抗とした点に特徴を有する。

この場合、前記固定電極には、前記振動板の配置側とその反対面との間を連通させる連通孔が備えられ、前記固定電極における振動板の配置側とは反対面において、前記連通孔を介して閉塞された空気室を形成し、当該空気室を含めて前記振動板の背面空間が構成されることが望ましい。

また、好ましい１つの形態においては、前記固定電極にエッチング加工により形成される有底凹状の溝部は、前記スペーサによって覆われる位置に形成された環状の溝部と、前記環状の溝部における１８０度対向する位置に形成されて前記環状の溝部より内側に向かう第１の溝部および前記環状の溝部より外側に向かう第２の溝部より構成され、前記第１の溝部が前記環状の溝部と振動板の背面空間とを連通するように構成され、前記第２の溝部が前記環状の溝部と外部とを連通するように構成される。

そして、前記した構成のコンデンサマイクロホンユニットは、マイクロホンケースに取り付けられ、前記コンデンサマイクロホンユニットにおいて生成された音声信号を導出できるように構成することで、コンデンサマイクロホンを構成することができる。

前記した構成のコンデンサマイクロホンユニットによると、固定電極におけるスペーサに接する部分には、振動板と固定電極との間の背面空間が外部と連通するようにエッチング加工（ハーフエッチング加工）による有底凹状の溝部が形成され、この溝部と前記スペーサとの間で形成される連通部を、圧力等価用の音響抵抗として利用するように構成される。

すなわち、前記したエッチング加工（ハーフエッチング加工）によると、金属製の固定電極に対して、エッチング深さが５μｍ前後の極めて浅い有底凹状の溝部を精度よく形成することができ、かつその長さや幅を任意に設定することができる。
したがって、低域の集音限界を適切に設定することができると共に、溝部の加工寸法の安定性が良いことから、安定した音響抵抗を構成することができ、これにより集音限界周波数の個体差を防止することができる。

この発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの構成を示した縦断面図である。 図１における破線枠で囲まれたａ部分の拡大断面図である。 図１に示すマイクロホンユニットに用いられる固定電極の正面図である。 図１に示すマイクロホンユニットにおいて、スペーサを介した固定電極と振動板との関係を示した模式図である。 他の構成例について、スペーサを介した固定電極と振動板との関係を示した模式図である。 図５に示す構成をスペーサ側から見た状態を示す正面図である。 マイクロホンユニットをマイクロホンの本体ケースに取り付けてなるコンデンサマイクロホンの全体構成を示した正面図、側面図および断面図である。 従来の無指向性マイクロホンユニットの構成例を示した縦断面図である。 図８に示すマイクロホンユニットを主要部に別けて分解した状態で示す断面図である 圧力等価手段を施した従来の無指向性マイクロホンユニットの構成を示した縦断面図である。 図１０における破線枠で囲まれたｂ部分の拡大断面図である。 図１０に示すマイクロホンユニットに用いられるスペーサの形態を示した正面図である。

以下、この発明にかか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について、図１〜図４に示す第１の形態、図５および図６に示す第２の形態に基づいて説明する。なお、図１〜図６においては、すでに説明した図８および図９に示す各部と同一の機能を果たす部分を同一符号で示しており、したがってその詳細な説明は適宜省略する。

図１ないし図４に示すこの発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの第１の形態においては、例えば真鍮などの金属素材により円板状に形成された固定電極６の一面に、エッチング加工により有底凹状の溝部が形成されている。すなわち、図３に示すように前記固定電極６の外周縁におけるスペーサ５に接する部分に、エッチング加工による有底凹状の溝部１６ａが直線状に形成されている。
加えて、この実施の形態においては、固定電極６の外周縁と同心円状にエッチング加工により有底凹状の環状溝部１６ｃが形成され、この環状溝部１６ｃの一部において前記直線状の溝部１６ａが連通した状態になされている。

なお、前記した溝部１６ａ，１６ｃは、エッチング加工により固定電極６の一面側に形成されるものであり、固定電極６の一面側に前記溝部を形成するにあたっては、前記溝部１６ａ，１６ｃの形成位置を除いた部分をレジスト剤によって被覆し、固定電極６の一面側の前記溝部の形成位置のみをエッチング液等により食刻処理を施すものとなる。
このように素材の片面のみにエッチング加工を施す手段をハーフエッチング加工とも呼んでいる。

図４は、前記した溝部１６ａ，１６ｃが形成された固定電極６に、リング状のスペーサ５が重ねられ、さらに振動板８が取り付けられてなるリング状の振動板ホルダ４が順に重ね合わされる状態を模式図で示したものである。
前記固定電極６におけるスペーサ５が接する部分は、前記したハーフエッチング加工により形成された溝部１６ａ，１６ｃと、これを覆う前記スペーサ５とによって実線の矢印で示されたように連通部が形成される。

すなわち、実線の矢印で示された前記連通部は、前記振動板８と固定電極６との間の背面空間が外部と連通するように機能する。
この場合、溝部１６ａ，１６ｃは、前記したハーフエッチング加工により、エッチングの深さが５μｍ前後の極めて浅い有底凹状の溝部になされ、この溝部は精度よく形成することができ、かつその長さや幅を任意に設定することができる。
したがって、前記連通部は無指向性マイクロホンユニットの圧力等価用の音響抵抗として効果的に機能させることができる。

前記した圧力等価用の連通部（音響抵抗）を備えた固定電極６と振動板８を含むユニットは、図１および図２に示すようにユニットケース１内に配置される。
この場合、図２に拡大して示したとおり、溝部１６ａ，１６ｃで構成される圧力等価用の連通部は、ユニットケース１の内周面側に連通し、さらに破線の矢印で示すようにユニットケース１の内周面と振動板ホルダ４の外周縁との隙間を介して、図１１に示した例と同様にメッシュ状スペーサ１４側に連通して外部と接続される。

なお、前記固定電極６には、図３に示されたように前記振動板８の配置側とその反対面との間を連通させる多数の連通孔６ａが備えられており、前記振動板８の配置側とは反対面において、前記該空気室１１を含めて前記振動板８の背面空間を形成している。

以上説明した図１〜図４に示した第１の形態においては、固定電極６に環状の溝部１６ｃが形成されているが、この例においては、環状の溝部１６ｃは必ずしも必要ではなく、固定電極６の外周縁に至る直線状の溝部１６ａを備えることで、圧力等価用の音響抵抗として機能させることができる。

次に図５および図６に示すコンデンサマイクロホンユニットの第２の形態は、前記環状の溝部１６ｃも圧力等価用の音響抵抗として機能させる例を示している。すなわち、図６はリング状のスペーサ５を上にした状態の固定電極６の構成を透視した状態で示したものである。
この第２の形態においては、固定電極６における前記スペーサ５によって覆われる位置に、環状の溝部１６ｃが形成されている。また前記環状の溝部１６ｃにおける１８０度対向する位置に、第１の溝部１６ａおよび第２の溝部１６ｂが形成されている。
すなわち、前記第１の溝部１６ａは前記環状の溝部１６ｃに連通し、固定電極６の外側に向かうように構成され、前記第２の溝部１６ｂは前記環状の溝部１６ｃに連通し、固定電極６の内側に向かうように構成されている。

なお、前記第１の溝部１６ａ、第２の溝部１６ｂおよび前記環状の溝部１６ｃは、すでに説明したハーフエッチング加工により形成される。
そして、環状の溝部１６ｃは前記したリング状のスペーサ５によって覆われるので、環状の溝部１６ｃの全周にわたって圧力等価用の音響抵抗を構成することができる。

図５は、前記環状の溝部１６ｃに対する前記第１の溝部１６ａおよび第２の溝部１６ｂの連通状態を示すものである。
前記第１の溝部１６ａは、実線の矢印で示したように前記環状の溝部１６ｃを外部と連通させる機能を果たし、１８０度対向する位置における前記第２の溝部１６ｂは、実線の矢印で示したように前記振動板８と固定電極６との間の背面空間を、前記環状の溝部１６ｃに連通させるように機能する。

したがって、図５および図６に示すコンデンサマイクロホンユニットの第２の形態によると、前記環状の溝部１６ｃとリング状のスペーサ５により形成される連通部は、無指向性マイクロホンの圧力等価用の音響抵抗として効果的に機能させることができる。
そして、図５および図６に示す第２の形態においても、図１に示したようにユニットケース１内に装着されて、前記コンデンサマイクロホンユニットが形成される。

図７は、前記したマイクロホンユニット１を円筒状の本体ケース（マイクロホンケース）２１の前端部に取り付けられてコンデンサマイクロホンを構成した全体構成の例を示している。
前記マイクロホンユニット１は、円筒状の本体ケース２１に対してねじ込みにより取り付けられて図７（Ａ）に正面図、図７（Ｂ）に側面図で示した外観構成になされる。

円筒状の本体ケース２１内には、図７（Ｃ）に断面図で示すように、絶縁素材で形成された支持部材２２および出力コネクタ２３が収容されており、この支持部材２２および出力コネクタ２３の間に回路基板２４が支持されている。

前記回路基板２４には、インピーダンス変換器としてのＦＥＴ等が搭載され、前記マイクロホンユニット側の引出電極ロッド９を経由する信号は、前記ＦＥＴ等によるインピーダンス変換を含む信号処理を受けて出力コネクタ２３より出力されるように構成されている。

１ ユニットケース（マイクロホンユニット）
２ 音導入孔
３ フロントメッシュ
４ 振動板ホルダ
５ スペーサ
６ 固定電極
６ａ 連通孔（音孔）
７ 絶縁座
７ａ 連通孔
８ 振動板
９ 引出電極ロッド
１０ 蓋体
１１ 空気室
１２ ロックリング
１４ メッシュ状スペーサ
１６ａ 第１の溝部
１６ｂ 第２の溝部
１６ｃ 環状の溝部
２１ 本体ケース（マイクロホンケース）
２２ 支持部材
２３ 出力コネクタ
２４ 回路基板

Claims (4)

1. 振動板ホルダに周縁部が取り付けられた振動板と、電気絶縁性のスペーサを介して前記振動板と所定の間隔をもって対向するように配置された金属素材による固定電極とが具備され、前記振動板の背面空間が閉塞されてなる無指向性コンデンサマイクロホンユニットであって、前記固定電極における前記スペーサに接する部分には、前記振動板と固定電極との間の背面空間が外部と連通するようにエッチング加工により有底凹状の溝部が形成され、前記溝部と前記スペーサとの間で形成される連通部を、圧力等価用の音響抵抗としたことを特徴とするコンデンサマイクロホンユニット。
2. 前記固定電極には、前記振動板の配置側とその反対面との間を連通させる連通孔が備えられ、前記固定電極における振動板の配置側とは反対面において、前記連通孔を介して閉塞された空気室を形成し、当該空気室を含めて前記振動板の背面空間を構成したことを特徴とする請求項１に記載されたコンデンサマイクロホンユニット。
3. 前記固定電極にエッチング加工により形成される有底凹状の溝部は、前記スペーサによって覆われる位置に形成された環状の溝部と、前記環状の溝部における１８０度対向する位置に形成されて前記環状の溝部より外側に向かう第１の溝部および前記環状の溝部より内側に向かう第２の溝部より構成され、前記第１の溝部が前記環状の溝部と外部とを連通するように構成され、前記第２の溝部が前記環状の溝部と振動板の背面空間とを連通するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたコンデンサマイクロホンユニット。
4. 前記請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された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取り付けたことを特徴とするコンデンサマイクロホン。

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