JP2017112475A

JP2017112475A - 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

Info

Publication number: JP2017112475A
Application number: JP2015244817A
Authority: JP
Inventors: 秋野　裕; Yutaka Akino; 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: US9877113B2; JP6632880B2; US20170180871A1

Abstract

【課題】ハイレゾ対応のコンデンサマイクロホンユニットにおいて、コンデンサエレメントの有効面積を大きくして信号対雑音比を高めても、可聴周波数帯域を超える音波において周波数依存性をなくす。
【解決手段】振動板２０と固定極１０とを所定の間隔をもって対向的に配置してなる無指向性のコンデンサマイクロホンユニットにおいて、固定極１０として例えば円柱状の棒状固定電極１１を用い、振動板２０には、縦寸法が棒状固定電極１１の軸長以下の長さ、横寸法が棒状固定電極１１の周長に相当する長さの矩形状で、一方の面に電極膜を有し、他方の面側にリブ２２が形成されていて、全体がリブ２２によって複数の振動面２３に区画されている合成樹脂フィルムを用い、この合成樹脂フィルム（振動板２０）をリブ２２が棒状固定電極１１の周面に当接するようにして棒状固定電極１１の全周にわたって巻き付けて円筒状振動電極２１とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイレゾ対応機器として、可聴周波数帯を超える音波を収音できる無指向性のコンデンサマイクロホンユニットに関するものである。

近年、可聴周波数帯域を超える音波を収音することによる音質の向上が求められてきているが、２０１４年６月１２日付けでリリースされた一般社団法人日本オーディオ協会の「ハイレゾリューション・オーディオ（サウンド）の取り組み」によると、ハイレゾ対応機器の定義として、録音マイクの高周波数性能は、４０ｋＨｚ以上が可能であること、と記載されている。

一般に、円筒端に振動板を持つコンデンサマイクロホンでは、形状に伴う回折効果があることにより、上記性能を満たすには、円筒の直径を小さくする必要がある。計測用のコンデンサマイクロホンによれば、１００ｋＨｚまで音波を捉えることができるが、この種の計測用コンデンサマイクロホンは直径が１／４インチと小さい。

このように直径が小さいと、それに伴って振動板と固定極とで形成される有効静電容量が小さくなることから、楽器収音に必要な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を確保することが困難になる。

特許文献１に記載された発明では、円筒端の回折効果と無指向性コンデンサマイクロホンの機械共振周波数を適切に設計することにより、楽器収音に必要な信号対雑音比を確保し、１００ｋＨｚまで音波を捉えるマイクロホンを実現している。

しかしながら、図６（非特許文献１に図５−４として掲載されている「円筒による音波の回折効果」（Ｍｕｌｌｅｒ，Ｂｌａｃｋ，Ｄａｖｉｓによる））に示されているように、円筒端で検出される音圧には、マイクロホンの直径と波長に周波数依存性があることから、感度を高めるためにマイクロホンの直径を大きくすると、収音できる周波数が低くなってしまう。

また、特許文献２には、固定極を円柱状電極とし、振動板をその円柱状電極に対して所定の間隔をもって嵌合する円筒状振動板とすることにより、コンデンサエレメントの有効面積を大きくして、感度を高めるようにしたコンデンサマイクロホンユニットが提案されている。

しかしながら、特許文献２によるコンデンサマイクロホンユニットでは、通常のコンデンサマイクロホンと同じく、有底円筒状のユニットケースの底部（音源に向けられる側の頂部）に音波導入の開口部を設けて、固定極である円柱状電極の軸方向端面から音波を取り入れて円筒状振動板を駆動するようにしているため、可聴周波数帯域を超える音波において周波数依存性がある。

特開２００４−２８２４４９号公報特開２００７−３６５２５号公報

中村仁一郎著「放送技術者のためのマイクロホン講座（５）形状や大きさがおよぼす影響」放送技術昭和５６年１０月号

したがって、本発明の課題は、ハイレゾ対応のコンデンサマイクロホンユニット（指向性は無指向性）において、コンデンサエレメントの有効面積を大きくして信号対雑音比を高めても、可聴周波数帯域を超える音波において周波数依存性をなくすことにある。

上記課題を解決するため、本発明は、コンデンサを形成する一方の電極としての振動板と、上記コンデンサを形成する他方の電極としての固定極とを所定の間隔をもって対向的に配置してなる無指向性のコンデンサマイクロホンユニットにおいて、
上記固定極が、所定の軸長を有する円柱もしくは円筒の棒状固定電極からなり、上記振動板には、縦寸法が上記棒状固定電極の軸長以下の長さ、横寸法が上記棒状固定電極の周長に相当する長さの矩形状で、一方の面に電極膜を有し、他方の面側に凸状のリブが形成されていて、全体が上記リブによって複数の振動面に区画されている合成樹脂フィルムが用いられ、上記振動板が、円筒状振動電極として、上記他方の面側のリブが上記棒状固定電極の周面に当接するようにして上記棒状固定電極の全周にわたって取り付けられていることを特徴としている。

本発明において、上記各振動面は、同形・同面積であることが好ましい。

また、上記振動板には、周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターンと、上記第１凹凸パターン内に形成された周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンとが上記振動板の全域にわたって設けられている振動板が好適であり、この振動板によれば上記第１凹凸パターンの凸部を上記凸状のリブとして使用することができる。

この場合、上記第１凹凸パターンは６角形状の亀甲模様であることが好ましい。

本発明には、マイクロホンケース内に、上記した構成のコンデンサマイクロホンユニットを収納してなるコンデンサマイクロホンも含まれ、このコンデンサマイクロホンは、サイドエントリー型として、上記マイクロホンケースのうち、上記棒状固定電極の軸線と直交し、上記棒状固定電極に取り付けられている上記円筒状振動電極と対向する面が収音面として開口されていることを特徴としている。

本発明によれば、固定極である棒状固定電極の周面に沿って凸状のリブをスペーサとして振動板である円筒状振動電極を配置することにより、棒状固定電極と円筒状振動電極との間に各振動面ごとに気密空間が形成され、到来する音波によって各振動面が振動する。各振動面は小面積であり、その各々は高い周波数帯に共振周波数を持つことから、可聴周波数帯域を超える音波において回折効果のない信号対雑音比の大きな無指向性のコンデンサマイクロホンユニットが得られる。

このコンデンサマイクロホンユニットの収音軸は、棒状固定電極の軸線と直交する方向であり、円筒状振動電極により全方向（３６０゜）から到来する音波を収音することができるため、サイドエントリー型コンデンサマイクロホンに用いられる。

本発明の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す模式的な分解斜視図。（ａ）円筒状とする前の振動板の展開図、（ｂ）振動板を円筒状振動電極として棒状固定電極に巻き付けた状態を示す平面図。（ａ）振動板の一部を拡大して示す平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）振動板に形成されている凹凸パターンの一部を示す拡大断面図。本発明の要部の一部分を示す横断面図。図４のＢ−Ｂ線断面図。円筒による音波の回折効果を示すグラフ。

次に、図１ないし図５により、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。

まず、図１に示すように、この実施形態に係るコンデンサマイクロホンは、基本的な構成として、コンデンサマイクロホンユニット１と、このコンデンサマイクロホンユニット１を収納するマイクロホンケース２とを備えている。なお、以下の説明において、コンデンサマイクロホンユニットを単に「マイクロホンユニット」と言うことがある。

先の背景技術の一つとして紹介した図６の「円筒による音波の回折効果」を参照して、円筒の軸に対して９０゜の方向から音波が到来する場合、この方向に振動板を設ければ、コンデンサエレメントの有効面積を大きくして信号対雑音比を高めても、可聴周波数帯域を超える音波において周波数依存性をなくすことができる。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

マイクロホンユニット１は、固定極１０と振動板２０とを備え、この２部材により、到来する音波によって容量が変化する可変容量コンデンサが形成されるが、この実施形態において、固定極１０として、金属材からなる棒状固定電極１１を用いる。この棒状固定電極１１は、円柱もしくは円筒のいずれであってもよく、また、その周面にエレクトレット膜が貼り付けられていてもよい。

これに伴って、振動板２０として、棒状固定電極１１の周りに嵌合される円筒状振動電極２１が用いられる。図２（ａ）を参照して、振動板２０には、その素材として、縦寸法ａが棒状固定電極１１の軸長以下の長さ、横寸法ｂが棒状固定電極１１の周長に相当する長さの矩形状をなす合成樹脂フィルム２０１が用いられる。

図２（ｂ）に示すように、この合成樹脂フィルム２０１を棒状固定電極１１の周面に巻き付けて、その両端を粘着テープ３にて連結することにより、円筒状振動電極２１とすることができる。

振動板素材としての合成樹脂フィルム２０１には、例えば厚さ２μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムが好ましく採用されるが、図５の丸囲み中の拡大断面図に示すように、合成樹脂フィルム２０１の一方の面２０１ａには、金蒸着膜等からなる電極膜２０２が形成されている。

図３（ａ），（ｂ）を参照して、合成樹脂フィルム２０１の他方の面２０１ｂ側には、振動板２０（円筒状振動電極２１）の全面を、小面積である複数の振動面２３に区画（分割）する凸状のリブ２２が形成されている。

このリブ２２は、棒状固定電極１１と円筒状振動電極２１との間に所定の空間を確保するスペーサとしても機能する。リブ２２は、図３（ｂ）に示すように、合成樹脂フィルム２０１の他方の面２０１ｂ側が凸で、一方の面２０１ａ側が凹となるエンボス加工により形成されてよい。

上記リブ２２により区画される振動面２３の各々は、同形・同面積であることが好ましい。その形状として、正四角形，長方形，菱形、正六角形等を例示することができるが、中でも、耐歪み性等の観点から正六角形の亀甲模様が好ましい。

また、特開２００９−２９０６３８号（特許第５０５５２０３号）で提案されている振動板（先願に係る振動板）を本発明に適用することができる。

この先願に係る振動板には、図３（ｃ）に示すように、長い周期Ｔ１を有し粗い凹凸（高低差が大きな凹凸）からなる第１凹凸パターンＰ１と、短い周期Ｔ２（≦Ｔ１／１０）をもって第１凹凸パターンＰ１内に形成された微細な凹凸（高低差が小さい凹凸）からなる第２凹凸パターンＰ２とが振動板の全域にわたって設けられていることから、第１凹凸パターンＰ１の凸部を上記リブ（スペーサ）２２とし、第２凹凸パターンＰ２を小面積に区画された振動面２３として本発明に適用することができる。

振動板２０（電極膜２０２を有する合成樹脂フィルム２０１）は、他方の面２０１ｂ側のリブ２２が棒状固定電極１１の周面に当接するようにして棒状固定電極１１に巻き付けられ、その両端が粘着テープ３にて連結される（図２（ｂ）参照）。

このようにして、棒状固定電極１１の周りに円筒状振動電極２１が設けられるが、図４および図５に示すように、棒状固定電極１１と円筒状振動電極２１との間に、リブ２２をスペーサとして各振動面２３ごとに気密空間が形成される。

すなわち、棒状固定電極１１の周りに、例えば六角形状（亀甲状）をなす複数のコンデンサエレメントが規則正しく配置され、その各々が到来する音波によって個別的に振動する。なお、音声信号は、円筒状振動電極２１側、棒状固定電極１１側のいずれか一方より取り出せばよい。

各振動面（コンデンサエレメント）２３は小面積であり、その各々が高い周波数帯に共振周波数を持つことから、可聴周波数帯域を超える音波において回折効果のない信号対雑音比の大きな無指向性のコンデンサマイクロホンユニットが得られる。

再び図１を参照して、このマイクロホンユニット１の収音軸は、棒状固定電極１１の軸線と直交する方向であり、円筒状振動電極２１により全方向（３６０゜）から到来する音波を収音することができることから、指向性は無指向性である。

図１に示すように、この実施形態において、マイクロホンユニット１は、有底円筒状のマイクロホンケース２内に収納されるが、マイクロホンケース２のうち、少なくとも棒状固定電極１１の軸線と直交し、棒状固定電極１１に取り付けられている円筒状振動電極２１と対向する面を収音面２ａとして開口することにより、サイドエントリー型のコンデンサマイクロホンとすることができる。

上記実施形態では、振動板２０に形成されているリブ２２をスペーサとして利用しているが、別の実施形態として、棒状固定電極１１の周面に電気絶縁性の網体（四角形や菱形、六角形状等の開口部を有する網体）を取り付けておき、その網体をスペーサとして振動板２０（合成樹脂フィルム２０１）を棒状固定電極１１の周面に巻き付けてもよい。

１コンデンサマイクロホンユニット
２マイクロホンケース
３粘着テープ
１０固定極
１１棒状固定電極
２０振動板
２０１合成樹脂フィルム
２０２電極膜
２１円筒状振動電極
２２リブ
２３区画された振動面

Claims

コンデンサを形成する一方の電極としての振動板と、上記コンデンサを形成する他方の電極としての固定極とを所定の間隔をもって対向的に配置してなる無指向性のコンデンサマイクロホンユニットにおいて、
上記固定極が、所定の軸長を有する円柱もしくは円筒の棒状固定電極からなり、上記振動板には、縦寸法が上記棒状固定電極の軸長以下の長さ、横寸法が上記棒状固定電極の周長に相当する長さの矩形状で、一方の面に電極膜を有し、他方の面側に凸状のリブが形成されていて、全体が上記リブによって複数の振動面に区画されている合成樹脂フィルムが用いられ、
上記振動板が、円筒状振動電極として、上記他方の面側のリブが上記棒状固定電極の周面に当接するようにして上記棒状固定電極の全周にわたって取り付けられていることを特徴とするコンデンサマイクロホンユニット。
上記各振動面は、同形・同面積であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロホンユニット。
上記振動板には、周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターンと、上記第１凹凸パターン内に形成された周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンとが上記振動板の全域にわたって設けられており、上記第１凹凸パターンの凸部が上記凸状のリブに相当していることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサマイクロホンユニット。
上記第１凹凸パターンは、６角形状の亀甲模様を呈していることを特徴とする請求項３に記載のコンデンサマイクロホンユニット。
マイクロホンケース内に、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンデンサマイクロホンユニットを収納してなるコンデンサマイクロホンで、サイドエントリー型として、上記マイクロホンケースのうち、上記棒状固定電極の軸線と直交し、上記棒状固定電極に取り付けられている上記円筒状振動電極と対向する面が収音面として開口されていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。