JP2520929B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、コンデンサマイクロホンに関し、詳しく
は指向性を有するものにおける振動雑音の防止に関す
る。

「従来の技術」 マイクロホン本体が機械的に振動することにより、い
わゆる振動雑音が発生する。この振動雑音の発生は指向
性で著しく異なり、両指向性、単一指向性では、全指向
性に比べ中・低域周波数で極めて大きな振動雑音が発生
する特性がある。

第７図はこのような機械的振動に対するマイクロホン
感度が指向性の違いによりどのように異なるかを全指向
性のものを基準にして示したものである。

同図において、ａは全指向性、ｂは両指向性、ｃは単
一指向性、ｄは全指向性よりの単一指向性の振動感度を
示している。また、fLはマイクロホンの平面波音場感度
が平坦特性をもつ中域周波数の感度から3dB低下する低
域限界周波数であり、ｅは振動板前後の音波導入口間の
実効距離である。

この第７図から明らかなように、指向性マイクロホン
の中域周波数での振動感度は、両指向性で最も高い。低
域周波数fLが100Hzの場合には50Hzにおける振動感度は
全指向性に比べ両指向性で31dB、単一指向性で25dBと極
めて高い感度をもつ。

この低域での振動感度は低域限界周波数fLと反比例の
関係にあり、低域限界周波数fLが低いほど高くなる。ま
た、加振力が一定ならば、マイクロホン本体が軽いほど
本体の振動が大きいので、発生する雑音も大きい。

したがって指向性マイクロホンの振動雑音の防止は、
周波数帯域の低域限界及び本体の重量と関連し、マイク
ロホンの二次的な性能を左右する重要な問題のひとつと
されている。

そこで、従来このような振動雑音を防止することが行
なわれている。例えば、ダイナミックマイクロホンで
は、機械的な防振と電気的な相殺法とがとられてきてい
るが、コンデンサマイクロホンでは、機械的な防振のみ
がとられている。

機械的に防振するために、例えばマイクロホン本体あ
るいはマイクロホンユニット（カプセル部）をゴムなど
の粘弾性体で支持し、機械的に絶縁する方法がとられて
いる。

このような機構の防振効果は、一般に第８図に示すよ
うな特性をもつ。同図において、横軸である周波数軸
は、防振機構の低域共振角周波数ω０で基準化して示し
たものである。

また同図において、ａは共振鋭度Q0が２、ｂは共振鋭
度Q0が1,cは共振鋭度Q0が の特性を示している。

この第８図からも明かなように防振効果は交差点周波
数fc以上で期待できるものであり、そしてこの交差点周
波数fc以上の周波数領域では、共振鋭度Q0が高いほど防
振効果は大きい。しかし、交差点周波数fc以下の周波数
では防振効果が全く期待できない上、共振鋭度Q0が高い
と、低域共振周波数f0付近の周波数で振動をより助長す
ることになる。

したがって共振鋭度Q0の値には適値があるが、いずれ
にしても、なるべく低い周波数まで防振するには交差点
周波数fcを低い周波数に設定する必要がある。

しかし、交差点周波数fcの設定値が低すぎると、支持
がふらふらの状態となり、実用面で問題を生ずる場合が
多い。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、従来、交差点周波数fcを実用上の適値に設
定し、防振しきれない低域周波数での雑音をハイパスフ
ィルタを用いて電気的に除去することも考えられている
が、雑音とともに本来の信号成分も除去され、結果的に
信号の低域限界を制限することとなるので好ましくな
い。

なお、ダイナミックマイクロホンにおいては、このよ
うな機械的な防振機構で防振しきれない低域周波数での
雑音を、電気的な相殺法で相殺して除去することが実用
化されている。しかしこの電気的な相殺法は、コンデン
サマイクロホンに適用できないものであった。

この発明は、このような点を考慮し、振動雑音を効果
的に低減できるコンデンサマイクロホンを提供すること
を目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は、コンデンサマイクロホンユニットと、コン
デンサマイクロホンユニットに後端側の圧電素子が当接
するように配された圧電型振動ピックアップと、コンデ
ンサマイクロホンユニットの先端部に配されこのユニッ
トをマイクロホン筐体内に支持するための第１の防振機
構と圧電型振動ピックアップの先端部に配されこのピッ
クアップをマイクロホン筐体内に支持するための第２の
防振機構とからなる機械的防振手段と、振動ピックアッ
プの出力信号の大きさ及び位相をコンデンサマイクロホ
ンユニットの出力信号の大きさ及び位相と等しくなるよ
うに補正する振幅、位相特性補正回路及びレベル補正回
路とコンデンサマイクロホンユニットの出力信号及びレ
ベル補正回路の出力信号が供給されその差動出力信号を
出力する差動回路とからなる電気的相殺手段とを有し、 機械的防振手段は、コンデンサマイクロホンユニット
および圧電型振動ピックアップの質量をそれぞれm1およ
びm2、第１の防振機構のスチフネスおよび機械抵抗をそ
れぞれs1およびr1、第２の防振機構のスチフネスおよび
機械抵抗をそれぞれs2およびr2とした時、 m1》m2 s1》s2 r2/r1＝s2/s1 となるように、m1、m2、s1、s2、r1およびr2が選定さ
れ、第１の防振機構と第２の防振機構の共振鋭度が等し
くなるようになされていることを特徴とするものであ
る。

「作 用」 上述の構成においては防振機構によりコンデンサマイ
クロホンユニット２に振動が伝わらないようになされて
おり、機械的に振動雑音の低減が図られる。

また、圧電形振動ピックアップ３の出力信号が振幅、
位相特性補正回路12及びレベル補正回路13を介されるこ
とによって、防振機構で防振しきれずコンデンサマイク
ロホンユニット２の出力信号に含まれる振動雑音信号と
同様の信号が得られる。

したがって、差動回路９ではコンデンサマイクロホン
ユニット２の出力信号に含まれる信号雑音信号が相殺さ
れて除去されることとなり、電気的に振動雑音の低減が
図られる。

「実 施 例」 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。

第１図は、コンデンサマイクロホンの構造を示すもの
である。同図において１はマイクロホン筐体、２はコン
デンサマイクロホンユニット、３は圧電形振動ピックア
ップである。

振動ピックアップ３を構成する圧電素子４はマイクロ
ホンユニット２に当接するように配され、この振動ピッ
クアップ３でマイクロホンユニット２の振動が検出でき
るようになされる。また、５及び６は、夫々防振機構を
構成する粘弾性体であり、粘弾性体５によって振動ピッ
クアップ３がマイクロホン筐体１に支持されるとともに
粘弾性体６によってマイクロホンユニット２がマイクロ
ホン筐体１に支持される。これら粘弾性体５及び６によ
ってマイクロホンユニット２の中・高域周波数での振動
が防振される。

また、第２図は本例のコンデンサマイクロホンの電気
回路の構成を示すものである。

同図において７はマイクロホンユニット２の出力信号
ＳMが供給される端子である。この端子７に供給される
出力信号ＳMはインピーダンス変換回路８を介して差動
回路９に供給される。また、10は圧電素子、したがって
信号ピックアップ３の出力信号ＳNが供給される端子で
ある。この端子10に供給される出力信号ＳNはインピー
ダンス変換回路11を介して振幅・位相特性補正回路12及
びレベル補正回路13の直列回路に供給され、補正回路13
の出力信号が差動回路９に供給される。

そしてこの差動回路９より音声信号の出力端子14が導
出される。この場合、補正回路12及び13によって、振動
ピックアップ３の出力信号ＳNの大きさ及び位相がマイ
クロホンユニット２の出力信号ＳNの大きさ及び位相と
等しくなるように補正される。

すなわち、振動ピックアップ３では、粘弾性体５及び
６では防振しきれないマイクロホンユニット２の振動が
検出されるので、補正回路13の出力信号として、マイク
ロホンユニット２の出力信号ＳMに含まれる振動雑音信
号と同様の信号が得られる。

したがって、差動回路９においてはマイクロホンユニ
ット２の出力信号ＳMに含まれる振動雑音信号が相殺さ
れて除去され、出力端子14には振動雑音信号のほぼ完全
に除去された音声信号が得られる。

次に、上述した機械的防振と、電気的相殺と効果的に
実施するための条件について述べる。

第１図において、マイクロホンユニット２の質量をm
1、振動ピックアップ３の質量をm2、圧電素子４のスチ
フネスをs3、粘弾性体５のスチフネス及び機械抵抗を夫
々s1及びr1、粘弾性体６のスチフネス及び機械抵抗を、
夫々s2及びr2とすると、機械振動系の等価回路は、第３
図で表わされる。

ここで、V0はマイクロホン筐体１の振動速度、V1はマ
イクロホンユニット２の振動速度、V3は振動ピックアッ
プ３の発電に寄与する振動速度である。

また、マイクロホンユニット２が振動する場合のマイ
クロホン機械振動系の基本的な等価回路は、第４図で表
わされる。

ここで、V1はマイクロホンユニット２の振動速度あ
り、m0は発電に寄与する起振力源となる等価質量、S0は
振動膜の等価スチフネス、r0は高域共振を制動するため
の等価抵抗、sb及びrbは夫々指向性を付与するための等
価スチフネス及び等価抵抗である また、第４図において、V2はマイクロホンユニット２
の発電に寄与する振動速度を与える。

［１］マイクロホンの振動感度 第３図及び第４図の等価回路より、マイクロホン筐体
１を加振したときのマイクロホンユニット２の出力電圧
の表示式を求め、これより加振加速度1G当りの中・低域
周波数における振動感度E1/Gを求めると、マイクロホン
の主軸に対する振動方向をθとして、次の（１）式で表
わされる。

ここで、A1は、機械・電気変換係数をK1として、
（２）式で表わされる。

また、（２）式のｓは第４図の等価回路定数で表わす
と、次の（３），（４）式で与えられる。

（３）式は、Ｂの値が0.2≦Ｂ≦１の指向性に、また
（４）式は、Ｂの値が０≦Ｂ≦0.2の指向性に適用する
のが実際的である。

上述の式において、Ｂは指向性で決まる係数で、０〜
１までの値をとり、全指向性で０、単一指向性（カージ
オイド）で1/2、両指向性で１である。ｄは振動膜前後
の音波導入口間の実効距離であり、ｃは音速である。

ωＬは平面波音場感度（音波に対する感度）が平坦特
性となる中域周波数での感度から3dB低下する低域限界
角周波数であり、次の（５）式で表わされる。

この（５）式より、指向性が全指向性ではＢ＝０であ
るからωＬ＝０となる。

また、（１）式のY12において、ω０は防振機構の低
域共振角周波数であり、Q0は共振の鋭さを与え、夫々次
の（６），（７）式で表わされる。

上述した（１）式においてA1は角周波数ωがω《ωＬ
である低域周波数での振動感度を表わしており、指向性
によって著しく異なる値をとる。また、Y11は振動感度
の指向性による周波数特性の違いを表わしている。

第７図は、θ＝０゜の|A1・Y11|を、全指向性の感度
で基準化して示したものである。また、Y12は防振特性
を表わし、|Y12|を示したものが第８図である。これら
の特性については、従来の技術の項で説明した通りであ
る。

［２］振動ピックアップの振動感度 また、第４図の等価回路より、マイクロホン筐体１を
加振したときの振動ピックアップ３の出力電圧の表示式
を求めこれより加振加速度1G当りの中・低域周波数にお
ける振動感度E2/Gを求めると、マイクロホンの主軸に対
する振動方向をθとして次の（８）式で表わされる。

この（８）式において、A2は機械・電気変換係数をK2
として、 で表わされ、Q1は、 で表わされる。

（８）式において、A2は振動ピックアップ３の振動感
度であり、m1,m2とs3とで形成される高域共振周波数以
下の中・低域周波数においては（９）式で表わされ、振
動加速度に比例した一定値の振動感度を持つ。

また、Y22は（１）式のY12に対応するもので、振動ピ
ックアップ３の防振特性を表わしている。

［３］防振及び電気的相殺の諸条件 （ａ）防振特性上の条件 電気的相殺を効果的に行なうためには、まず、マイク
ロホンユニット２と振動ピックアップ３との夫々の防振
特性を等しくする必要がある。（１）式のY12と（８）
式のY22とを比べると、これらは明らかに異なってい
る。そこで、Q0＝Q1とすると、（７），（10）式より次
の（11）式の関係が導かれる。

r2/r1＝s2/s1 ……（11） この（11）式の条件を満たすことにより、Y22はY12と
同型となる。また、（11）式は次の（12）式のように変
形される。

r2/s2＝r1/s1 ……（12） この（12）式は、第１図に示される粘弾性体５及び６
の夫々の共振鋭度Ｑを等しくすることを意味する。

すなわち、マイクロホンユニット２と振動ピックアッ
プ３の防振特性を中・低域周波数において同一にするた
めの必要充分条件は、粘弾性体５及び６の夫々の共振鋭
度Ｑを同一値に設定することである。

したがって、第１図に示した構造において、粘弾性体
５及び６それぞれの共振鋭度Ｑは同一値となるようにさ
れる。

（ｂ）電気的相殺の条件 ８式は、上記（11）式の条件を満たすことにより、次
の（13）式で表わされる。

まず、指向性が全指向性の場合には、（１）式のY11
は１となり、（１）式は、（13）式と同型となる。した
がって、全指向性の場合には、A1,A2の感度の違い、つ
まりレベルを補正し、両信号を逆極性で加え合わせるこ
とにより相殺が可能である。

しかし、一般に、単一指向性、両指向性等の指向性を
持つ場合は、振動ピックアップ３の出力をY11なる伝達
関数をもつ電気回路を通して、補正する必要がある。

Y11の特性は第５図に示す電気回路で容易に実現でき
る。

第５図より、E0/Eiを求めると、（14）式で表わされ
る。

この（14）式をY11と同型とするための条件は、 で与えられ、（15），（16）式の条件を満たすことによ
り、（14）式はY11と同型となる。つまり、（15），（1
6）式の条件が、電気的相殺の必要充分条件となる。

したがって、第２図に示した電気回路において、補正
回路12としては、（15），（16）式の条件を満たす、第
５図に示すような電気回路が用いられると共に、A1,A2
の感度の違いは、補正回路13で補正される。

これにより、上述したように、作動回路９で、中・低
域周波数の振動雑音信号が極めて効果的に相殺除去され
る。

なお、こうした電気的な相殺を行なう場合、相殺に伴
う回路雑音の増加を最小限に止める必要がある。雑音の
増加を少なくする条件としては（１）式のA1及び（８）
式のA2を A2＞A1 なる条件に設定するのが望ましい。その理由は、A2＜A1
であると、振動ピックアップ３側の出力信号を増幅する
方向でレベル補正することになり、この増幅に伴う回路
雑音が問題となるからである。

いずれにしても振動ピックアップ３の振動感度は、で
きるだけ高いことが有利である。

このために、A2については高感度の圧電素子を用いる
ことは勿論であるが、（９）式から明らかなように、m2
/m1、s2/s1の設定条件に依存し、設定条件如何では感度
低下をきたす。この感度低下を少なくするためには、 の条件とするのが望ましい。この条件は、支持機構の重
量バランスに関係するので、実際の構造上の制約も有り
得る。

このように、本例のコンデンサマイクロホンによれ
ば、粘弾性体5,6により、マイクロホンユニット２の機
械的な防振が図られると共にそれによって、防振しきれ
ず、マイクロホンユニット２の出力信号に含まれる振動
雑音信号は電気的に相殺除去されるので、振動雑音を効
果的に低減することができる。また、本例のような電気
的相殺法を行なうものによれば、両指向性、単一指向性
などの指向性コンデンサマイクロホンに適用する場合に
は、第２図の補正回路12がfL以上の周波数で高域減衰特
性となる。

したがって、振動ピックアップのインピーダンス変換
回路11により生ずる雑音の中・高域周波数成分は、補正
回路12を通すことにより著しく減衰し、作動回路９の出
力での雑音増加は充分小さいものとなる利点がある。

第６図は、本発明を単一指向性コンデンサマイクロホ
ンに適用し、その防止効果を実測した結果を示してい
る。

その測定には正弦波を用い、マイクロホンを振動加振
器によりθ＝０゜の最大感度方向に振動加速度を一定に
制御して加振し、その出力をレベルレコーダで記録した
ものである。

同図において、実線ａは機械的防振、電気的相殺のど
ちらもしない場合、一点鎖線ｂは機械的防振のみを示し
た場合、破線ｃは機械的防振、電気的相殺の双方ともし
た場合を示している。

図の縦軸には防振相殺を行なわない場合に平坦特性な
る低域周波数での出力レベルで基準化した相対レベルを
示している。

防振機構の低域共振周波数f0は、30Hzであるが、防振
相殺を併用することにより、1KHz以下の周波数で30dB以
上の防止効果が得られている。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明は、機械的な防振機構
で防振しきれない振動雑音を電気的に相殺除去するもの
であるので、マイクロホンの音波に対する特性に全く影
響を与えずに、振動雑音のみを効果的に低減できる。

また、電気的に相殺除去するものであるので、マイク
ロホン本体の重量が軽くても振動雑音の軽減ができ、マ
イクロホン本体の重量を軽減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例の構造を示す図、第２図は
この発明の一実施例の電気回路を示す図、第３図〜第６
図はその説明のための図、第７図及び第８図は従来例の
説明のための図である。 １……マイクロホン筐体 ２……コンデンサマイクロホンユニット ３……圧電形振動ピックアップ ４……圧電素子 5,6……粘弾性体 8,11……インピーダンス変換回路 ９……差動回路 12……振幅・位相特性補正回路 13……レベル補正回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンデンサマイクロホンユニットと、 上記コンデンサマイクロホンユニットに後端側の圧電素
   子が当接するように配された圧電型振動ピックアップ
   と、 上記コンデンサマイクロホンユニットの先端部に配され
   このユニットをマイクロホン筐体内に支持するための第
   １の防振機構と、上記圧電型振動ピックアップの先端部
   に配されこのピックアップをマイクロホン筐体内に支持
   するための第２の防振機構とからなる機械的防振手段
   と、 上記振動ピックアップの出力信号の大きさ及び位相を上
   記コンデンサマイクロホンユニットの出力信号の大きさ
   及び位相と等しくなるように補正する振幅・位相特性補
   正回路及びレベル補正回路と、上記コンデンサマイクロ
   ホンユニットの出力信号及び上記レベル補正回路の出力
   信号が供給され、その作動出力信号を出力する差動回路
   とからなる電気的相殺手段とを有し、 上記機械的防振手段は、上記コンデンサマイクロホンユ
   ニットおよび上記圧電型振動ピックアップの質量をそれ
   ぞれm1およびm2、上記第１の防振機構のスチフネスおよ
   び機械抵抗をそれぞれs1およびr1、上記第２の防振機構
   のスチフネスおよび機械抵抗をそれぞれs2およびr2とし
   た時、 m1》m2 s1》s2 r2/r1＝s2/s1 となるように、m1、m2、s1、s2、r1およびr2が選定さ
   れ、上記第１の防振機構と上記第２の防振機構の共振鋭
   度が等しくなるようになされていることを特徴とするコ
   ンデンサマイクロホン。