JP3980193B2

JP3980193B2 - 狭指向性コンデンサマイクロホン

Info

Publication number: JP3980193B2
Application number: JP25071898A
Authority: JP
Inventors: 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2000083292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は狭指向性コンデンサマイクロホンに関し、さらに詳しく言えば、単一指向性マイクロホンユニットと所定長さの音響管とを組み合わせてなるライン型コンデンサマイクロホンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
狭指向性マイクロホンは、屋外取材などにおいても収音できる角度が小さいマイクロホンとして知られている。これには大別して、ライン型マイクロホンと２次音圧傾度型マイクロホンとがあるが、ここでは、もっぱら本発明と関わり合いのあるライン型マイクロホンについて説明する。
【０００３】
ライン型マイクロホンは、その基本的な構成として、前方音響端子および後方音響端子を有する単一指向性（１次音圧傾度型）マイクロホンユニットと、管周壁に例えばスリット状の音響抵抗孔を有する音響管（干渉パイプ）とを有し、マイクロホンユニットの前方音響端子側に音響管を接続し、後方音響端子は自由空間に臨ませている。
【０００４】
このライン型マイクロホンにおいては、側方もしくは後方からの音波は、音響管の音響抵抗孔と音響管の正面開口とから、それぞれ同音響管内に到達するが、それらの到達経路の相違による位相差から音波の干渉が発生し、これにより、側方もしくは後方からの音波が弱められる。これに対して、正面開口からの音波は、減衰せずにマイクロホンユニットの振動板に達する。
【０００５】
このライン型マイクロホンの利点は、周波数応答特性が比較的平坦であり、感度、固有雑音が２次音圧傾度型マイクロホンに比べて優れていることにある。ラインマイクロホンは、この点が評価されて、高品質の収音が求められる業務用ビデオカメラなどに多く使用されている。
【０００６】
ところで、後方音響端子を自由空間に臨ませることにより、かなり狭い指向性が得られるが、他方において、外部の風雑音などを拾ったり、また、音源が近いと低域を歪ませる近接効果が高くなるという問題があった。これは、前方音響端子の音波導入口が音響管の先端になり、低域における前方音響端子と後方音響端子との距離が長くなることに起因している。
【０００７】
この点を解決するため、本出願人は特開昭６２−１１８６９８号において一つの提案を行なっており、これを本発明の従来例として、その構成を図９の模式的断面図に基づいて概略的に説明する。
【０００８】
すなわち、このライン型マイクロホン１においては、音響管２の後端側の内部に単一指向性マイクロホンユニット３が収納され、同マイクロホンユニット３によって、音響管２内が前部音響容量室２１と後部音響容量室２２とに区画されている。なお、音響管２の前方側にはスリット状の音響抵抗孔２ａが形成されており、同音響抵抗孔２ａには図示しない音響抵抗材が貼り付けられている。
【０００９】
マイクロホンユニット３の一方の面（図９において左側面）には前方音響端子３１が設けられ、他方の面（図９において右側面）には後方音響端子３２が設けられており、音響管２の後部音響容量室２２側には後方音響端子３２に対する音波導入口２ｂが穿設されている。なお、詳しくは図示しないが、この音波導入口２ｂにも適当な音響抵抗材が貼り付けられている。
【００１０】
この場合、マイクロホンユニット３の外径は音響管２の内径よりも小さくなっている。すなわち、マイクロホンユニット３の外周面と音響管２の内周面との間には所定の隙間Ｇが設けられ、この隙間Ｇにより、マイクロホンユニット３の前方音響端子３１と後方音響端子３２とが音響的に接続されている。
【００１１】
このように、マイクロホンユニット３の後方音響端子３２が、その音波導入口２ｂを介して自由音場に通じているとともに、隙間Ｇを通して前方音響端子３１に対しても音響的に接続されているため、低域における音響端子間距離は、主にマイクロホンユニット３の音響端子３１，３２間距離に支配されることになり、これにより、風雑音の影響や近接効果を低くすることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ライン型マイクロホンの指向性は周波数依存性を有し、低い周波数帯域まで良好な狭指向性を得るには相当に長い音響管が必要となる。
【００１３】
このため、マイクロホンユニット３は、そもそも指向性がカージオイドを示す単一指向性でありながら、音響管２内に収納するにあたっては、ほとんど無指向性になるように、わざわざそのユニット内部の音響抵抗材（例えば、後方音響端子３２側の音響抵抗材）を調整するようにしている。
【００１４】
しかしながら、この種の音響抵抗材は音響抵抗値が高いことから、そのカージオイド的な指向性を無指向性に近い特性に変えるには、かなりの難しい調整を必要とし、ともするとバラツキが生じ易い。
【００１５】
しかも、このバラツキはユニット単体での音響測定でも確認することが難しいうえに、実際に音響管内に組み込んだときには、そのバラツキが特に低域での指向性のバラツキとして大きく現れる。
【００１６】
したがって、ライン型マイクロホン用としての単一指向性マイクロホンユニットは、指向性がカージオイドを示す汎用の単一指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットのように、自動組立機で大量に生産することがきわめて困難であり、従来ではその一つずつを手作りにより生産しており、このため、コストアップは免れないという課題があった。
【００１７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、指向性がカージオイドを示す大量生産可能な単一指向性コンデンサマイクロホンユニットをそのまま使用し得るようにした狭指向性コンデンサマイクロホンを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、前方音響端子および後方音響端子を有する単一指向性マイクロホンユニットと、同マイクロホンユニットが内部に収納される音響管とを含み、上記音響管内が上記マイクロホンユニットにて前部音響容量室と後部音響容量室とに区画されており、上記後部音響容量室側には上記後方音響端子に対する後部音波導入口が設けられているとともに、上記前部音響容量室と上記後部音響容量室とが、上記マイクロホンユニットの外周面と上記音響管の内周面との間の隙間により音響的に接続されている狭指向性コンデンサマイクロホンにおいて、上記単一指向性マイクロホンユニットとして、指向性がカージオイドの単一指向性コンデンサマイクロホンユニットが用いられ、上記音響管として、両端が開放されていて一端が上記単一指向性マイクロホンユニットの前部音波導入口とされ，他端が上記単一指向性マイクロホンユニットの後部音波導入口とされた円筒管が用いられ、上記単一指向性コンデンサマイクロホンユニットが上記音響管のほぼ中央に配置されることにより、上記前部音響容量室および上記後部音響容量室がともにその軸長がほぼ同じ長さにされているとともに、それらの各音響管壁に軸方向に沿ってスリット状の音響抵抗孔が形成され、上記後部音響容量室内にはその空洞共振を防止する音響抵抗材が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
これによれば、前部音響容量室はマイクロホンユニットに対して、もっぱら狭指向性を得るために動作し、これに対して後部音響容量室は同マイクロホンユニットの音響負荷として動作することになるため、ライン型マイクロホンにおいて、指向性がカージオイドを示す量産可能な単一指向性マイクロホンユニットをそのまま使用することができる。
【００２０】
本発明において、上記空洞共振防止用音響抵抗材は、上記後部音響容量室内に充填された綿状の繊維材からなることが好ましい。
【００２１】
さらには、上記マイクロホンユニットの外周面と上記音響管の内周面との間の隙間に存在する音響質量に対して、所定の音響抵抗が直列に接続されている態様が好ましく採用される。この音響抵抗はマイクロホンユニットを音響管内に支持する例えばショックマウント部材（例えば、発泡ゴム材）により得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に示されている実施例に基づいてより詳しく説明する。
【００２３】
図１はこの実施例に係るライン型マイクロホン１０の側面図で、図２にはその軸線方向に沿った断面図が示されている。これによると、このライン型マイクロホン１０は両端が開放された円筒状の音響管２０を備えている。図２において、音響管２０の左端が前部音波導入口２０１であり、右端が後部音波導入口２０２である。
【００２４】
音響管２０内には、同音響管２０をほぼ２分する位置に単一指向性マイクロホンユニット３０が収納されており、これにより同音響管２０内がほぼ同じ音響容量を有する前部音響容量室２１と後部音響容量室２２とに区画されている。後部音響容量室２２内には、その空洞共振を防止するきわめて音響抵抗値の小さな音響抵抗材２３が充填されている。この実施例では、この音響抵抗材２３にポリエステル繊維の綿状のものが用いられている。
【００２５】
前部音響容量室２１および後部音響容量室２２の各管壁には、スリット状とされた音響抵抗孔２１１，２２１がそれぞれ軸線方向に沿って形成されているとともに、各音響抵抗孔２１１，２２１にはナイロンメッシュなどからなる音響抵抗材２４が貼り付けられている。なお、この音響抵抗孔２１１，２２１は、音響管２０の周方向に沿って部分的に形成されたスリット孔を所定の間隔をもって軸方向に配列したものであってもよい。
【００２６】
本発明においては、単一指向性マイクロホンユニット３０として、指向性がカージオイドを示すコンデンサマイクロホンユニットが用いられており、図３の断面図により、その構成を概略的に説明する。
【００２７】
この単一指向性マイクロホンユニット３０は、前部音波導入口２０１と対向する前壁側に前方音響端子孔３１１を有する円筒状のユニットケース３１を備えている。この円筒状のユニットケース３１内の前方、すなわち前方音響端子孔３１１側には例えばエレクトレット膜からなる振動板３２がその保持リング３２１に張設された状態で収納されている。
【００２８】
振動板３２の後方、すなわち音響管２０の後部音波導入口２０２側には、図示しないスペーサリングを介して固定極３３が振動板３２と所定の間隔をもって対向するように配置されている。この固定極３３は絶縁台座３４に支持されており、同絶縁台座３４には後部音響端子孔３４１が穿設されている。図３には、一つの後部音響端子孔３４１しか示されていないが、実際には所定の間隔をもってその複数個が同一円周上に設けられている。
【００２９】
各後部音響端子孔３４１は固定極３３に設けられている透孔３３１を介して振動板３２の背部気室（振動板３２と固定極３３との間の空間）に連通している。そして、その連通経路内の例えば固定極３３の背面側には、フェルト材などからなる音響抵抗材３５が設けられており、この部分にて指向性が適宜調整される。
【００３０】
なお、絶縁台座３４の背面側には、インピーダンス変換器３６１が実装された回路基板３６が配置されており、固定極３３とインピーダンス変換器３６１とが中継端子部材３７を介して電気的に接続されている。
【００３１】
この実施例においても、マイクロホンユニット３０の外径は音響管２０の内径よりも小さく、このマイクロホンユニット３０と音響管２０との間には所定の隙間Ｇが設けられている。この隙間Ｇにより、マイクロホンユニット３０の前方音響端子孔３１１と後方音響端子孔３４１とが音響的に接続されている。
【００３２】
これにより、風雑音の影響や近接効果が低減されるのであるが、この実施例では、マイクロホンユニット３０の周囲に適度圧縮されたスポンジ材からなるドーナツ状のショックマウント４０を取り付けて、同ショックマウント４０を介して、マイクロホンユニット３０を音響管２０内に収納している。したがって、隙間Ｇの音響容量に対してショックマウント４０の音響抵抗が直列に接続されたのと等価になる。
【００３３】
ここで、図４にこの実施例に用いられている単一指向性マイクロホンユニット３０の音源に対する０度、９０度および１８０度の収音特性を示し、また、図５のそのポーラパターンを示す。
【００３４】
このように、本発明に適用される単一指向性マイクロホンユニット３０は典型的なカージオイドの指向性を有しているにも拘わらず、本発明のライン型マイクロホンにおいては、先に説明した従来例のように、単一指向性のものをわざわざ無指向性に近く調整したマイクロホンユニットを使用するライン型マイクロホンと同様の狭指向性を得ることができる。
【００３５】
図６に、この実施例に係るライン型マイクロホンの音源に対する０度、９０度および１８０度の収音特性を示し、また、図７にそのポーラパターンを示すが、このようになる理由は、指向性がカージオイドのマイクロホンユニット３０の後部に、前部音響容量室２１とほぼ同じ音響容量を有する後部音響容量室２２を設けるとともに、同後部音響容量室２２内にその空洞共振を防止するきわめて音響抵抗値の小さな例えば音響抵抗材２３を充填していることにある。
【００３６】
そこで、図８に示されている機械等価回路に基づいて、このライン型マイクロホン１０の動作原理について説明する。
【００３７】
なお、図２において、前部音響容量室２１の軸長をｌ１、音響管２０の前部音波導入口２０１から後部音響容量室２２の音響抵抗孔２２１の中央位置までの距離をｌ２、そして、音響管２０の全長、すなわち前部音波導入口２０１と後部音波導入口２０２との間の距離をｌ３とし、また、音響管２０の単位長さをｘとする。
【００３８】
この機械等価回路において、ＰＳはマイクロホンユニット３０の前方音響端子に対する音源で、その音圧Ｐとユニット振動板３２の有効面積Ｓの積ＰＳで表されている。ＰＳｅ^{−ｊｌ３ｃｏｓθ}は、マイクロホンユニット３０の後方音響端子３１に対する後方音源である。また、ＰＳｅ^{−ｊｘｃｏｓθ}は音響管２０の単位長さｘ当たりの音源で、ＰＳｅ^{−ｊｌ１ｃｏｓθ}は前方音響容量室２１全体に対する音源である。
【００３９】
この機械等価回路において、Ｍ０は音響管２０の単位長さｘ当たりの音響質量であり、空気の密度をρ、音響管２０の断面積をＳ１とすると、次式で表される。
Ｍ０＝ρＳ（Ｓ／Ｓ１）
【００４０】
また、Ｓ０は音響管２０の単位長さｘ当たりのスチフネスであり、音速をｃとすると、次式で表される。
Ｓ０＝ρｃ^２Ｓ^２／Ｓ１
【００４１】
また、Ｇ０は音響管２０の単位長さｘ当たりの漏洩コンダクタンスであり、スリット状の音響抵抗孔２１１，２２１の幅をｂ、その音響抵抗の定数をγとすると、次式で表される。
Ｇ０＝ｂ／γＳ^２
【００４２】
ｓｆは前部音響容量室２１内の空気スチフネス、ｓｑは後部音響容量室２２内の空気スチフネス、ｍ０はユニット振動板３２の質量、ｓ０は振動板３２のスチフネス、ｒ０は振動板３２の制動抵抗、ｓ１はユニット内の背部気室の空気スチフネス、ｒ１は後方音響端子側に指向性を与えるユニット内の音響抵抗材３５の音響抵抗、ｒｂは後部の音響抵抗孔２２１に被せられた音響抵抗材２４の音響抵抗、ｍｂは同音響抵抗材２４の質量で、ｍはマイクロホンユニット３０の外周面と音響管２０の内周面との間にある隙間Ｇ内の音響質量である。
【００４３】
この機械等価回路において、ｓｆ（前部音響容量室２１内の空気スチフネス）、ｍ（隙間Ｇ内の音響質量）およびｓｑ（後部音響容量室２２内の空気スチフネス）が共振を発生するインピーダンス要素であり、これらによって共振系が構成されるが、上記ショックマウント４０の音響抵抗をｒとすると、この実施例では、この音響抵抗ｒが隙間Ｇの音響質量ｍに対して直列に接続されたのと等価となるため、上記のｓｆ、ｍおよびｓｑによる共振を有効に制動することができる。
【００４４】
また、本発明においては、後部音響容量室２２側には、ＰＳｅ^{−ｊｌ２ｃｏｓθ}で表されるその後方音源に対して、例えばポリエステル繊維の綿体からなる音響抵抗材２３による音響抵抗Ｒ０が付加されるとともに、上記した音響質量Ｍ０、スチフネスＳ０および漏洩コンダクタンスＧ０を含む音響管２０の単位長さｘ当たりのインピーダンス成分がその軸長ｌ２の長さにわたって加えられることになる。
【００４５】
これにより、単一指向性マイクロホンユニット３０に指向性が典型的なカージオイドを示すコンデンサマイクロホンユニットを用いても、単一指向性のものをわざわざ無指向性に近く調整したマイクロホンユニットを使用する従来のライン型マイクロホンと同様の狭指向性を得ることができる。
【００４６】
本発明にて後部音響容量室２２側に付加されたインピーダンス成分は、指向周波数応答から見ると、低い周波数で動作することから、設計上、分布定数ではなく集中定数として扱うことができる。
【００４７】
なお、上記実施例では、前部音響容量室２１と後部音響容量室２２とをほぼ等しい長さとしているが、後部音響容量室２２側の音響抵抗孔２２１の音響抵抗および／または後部音響容量室２２内の音響抵抗材２３の音響抵抗を調整することにより、後部音響容量室２２の長さを短くすることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自動組立機などにて大量的に生産されている指向性がカージオイドの単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを音響的になんら調整することなく使用することができるため、安価なライン型マイクロホンが提供される。
【００４９】
また、前部音響容量室と後部音響容量室とを音響的に接続しているマイクロホンユニットの外周面と上記音響管の内周面との間の隙間に存在する音響質量に対して、例えばショックマウント材による所定の音響抵抗を直列に接続することにより、両音響室内の空気のスチフネスに起因する共振を有効に制動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による狭指向性マイクロホンの一実施例を示した側面図。
【図２】上記実施例に係る狭指向性マイクロホンの音響管の軸線方向に沿った断面図。
【図３】上記実施例に係る狭指向性マイクロホンに適用されているコンデンサマイクロホンユニットの断面図。
【図４】上記コンデンサマイクロホンユニットの音源に対する０度、９０度および１８０度の収音特性を示したグラフ。
【図５】上記コンデンサマイクロホンユニットのポーラパターンを示したグラフ。
【図６】上記実施例に係る狭指向性マイクロホンの音源に対する０度、９０度および１８０度の収音特性を示したグラフ。
【図７】上記実施例に係る狭指向性マイクロホンのポーラパターンを示したグラフ。
【図８】上記実施例に係る狭指向性マイクロホンの機械等価回路図。
【図９】従来例としてのラインマイクロホンを示した模式的断面図。
【符号の説明】
１０ライン型マイクロホン（狭指向性マイクロホン）
２０音響管
２１前部音響容量室
２２後部音響容量室
２１１，２２１音響抵抗孔（スリット孔）
２３音響抵抗材
３０マイクロホンユニット
３１ユニットケース
３１１前方音響端子孔
３２振動板
３３固定極
３４絶縁台座
３４１後方音響端子孔
３５音響抵抗材

Claims

前方音響端子および後方音響端子を有する単一指向性マイクロホンユニットと、同マイクロホンユニットが内部に収納される音響管とを含み、上記音響管内が上記マイクロホンユニットにて前部音響容量室と後部音響容量室とに区画されており、上記後部音響容量室側には上記後方音響端子に対する後部音波導入口が設けられているとともに、上記前部音響容量室と上記後部音響容量室とが、上記マイクロホンユニットの外周面と上記音響管の内周面との間の隙間により音響的に接続されている狭指向性コンデンサマイクロホンにおいて、
上記単一指向性マイクロホンユニットとして、指向性がカージオイドの単一指向性コンデンサマイクロホンユニットが用いられ、上記音響管として、両端が開放されていて一端が上記単一指向性マイクロホンユニットの前部音波導入口とされ，他端が上記単一指向性マイクロホンユニットの後部音波導入口とされた円筒管が用いられ、上記単一指向性コンデンサマイクロホンユニットが上記音響管のほぼ中央に配置されることにより、上記前部音響容量室および上記後部音響容量室がともにその軸長がほぼ同じ長さにされているとともに、それらの各音響管壁に軸方向に沿ってスリット状の音響抵抗孔が形成され、上記後部音響容量室内にはその空洞共振を防止する音響抵抗材が設けられていることを特徴とする狭指向性コンデンサマイクロホン。
上記空洞共振防止用音響抵抗材が、上記後部音響容量室内に充填された綿状の繊維材からなることを特徴とする請求項１に記載の狭指向性コンデンサマイクロホン。
上記マイクロホンユニットの外周面と上記音響管の内周面との間の隙間に存在する音響質量に対して、所定の音響抵抗が直列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の狭指向性コンデンサマイクロホン。