JP4022322B2

JP4022322B2 - 狭指向性コンデンサマイクロホン

Info

Publication number: JP4022322B2
Application number: JP21235298A
Authority: JP
Inventors: 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JP2000050386A

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、ライン型コンデンサマイクロホンにおける低域の周波数特性の改善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６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６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６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】
しかしながら、この長い音響管と組み合わせられる単一指向性マイクロホンユニットがコンデンサ型である場合には、図７の特性グラフに例示されているように、低域の周波数応答特性が１ｋＨｚ付近の音波に対する周波数応答特性に比べて持ち上がってしまうという課題があった。
【００１４】
この課題はコンデンサマイクロホンユニットの振動板に起因している。すなわち、振動板には例えばチタンなどの金属箔製のものと、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）などの高分子フィルム製のものとがあるが、金属箔製は高価であるためもっぱら計測用などの限られたマイクロホンに使用され、一般民生用マイクロホンのほとんどには高分子フィルム製の振動板が用いられている。
【００１５】
高分子フィルム製振動板の場合、支持体（ダイアフラムプレート）に対して高い張力で振動板を張ることが困難である。これは高分子フィルムにその限度以上の応力がかけられると、その材料自体が塑性変形してしまうことによる。これをフィルムのクリープと呼んでいる。
【００１６】
さらに、感度およびＳ／Ｎ比を高くしようとして、振動板の面積を大きくすると、その振動板に高い張力を付与することがより困難になる。このような理由により、低域の周波数応答特性が１ｋＨｚ付近の周波数応答特性に比べて持ち上がってしまうのであるが、これに伴なって、風雑音や振動雑音の影響を受けやすくなる。
【００１７】
これを防止するため、従来では音響管に風防を被せたり、マイクロホンユニットをショックマウントを介して音響管内に支持するようにしている。また、これによっても風雑音や振動雑音が問題になる場合には、電気的なハイパスフィルタを用いて、低域の周波数を低減させるようにしている。
【００１８】
しかしながら、ハイパスフィルタはマイクロホンユニットからの電気信号を処理しているに過ぎず、根本的な解決策とは言えない。すなわち、振動板がこれらの雑音によって大きく振動している場合、ハイパスフィルタからはその雑音の低域成分により変調を受けた目的音が出力されることになり、クリアな音声は得られない。
【００１９】
また、雑音による振動板の振動振幅がより大きくなると、状況によっては音切れなどの問題が発生する。ちなみに、台風の中継の際の強い風による音声の一時的な中断はこれによるものである。
【００２０】
このように、高分子フィルムを振動板としたコンデンサマイクロホンにおいては、感度およびＳ／Ｎ比が高く、しかも周波数応答特性が低い帯域まで平坦であるものを実現することは難しい状況とされていた。
【００２１】
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、高い狭指向性を得るため長い音響管を有しながらも、低域の周波数特性をより平坦にすることができ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。
【００２２】
【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、上記マイクロホンユニットとして、支持体の周縁間に張設された高分子フィルム製の振動板を固定極に対して所定の間隔をもって対向的に配置してなるコンデンサマイクロホンユニットが用いられている狭指向性コンデンサマイクロホンにおいて、上記支持体の中央部には、その周縁とほぼ同一の高さであって、軸方向に貫通する透孔を有する支持突起が形成されており、上記振動板は所定の張力をもって上記支持体の周縁と上記支持突起とに固定されているとともに、上記透孔に連通する連通孔を備え、上記固定極の上記支持突起と対向する部分は無孔部とされており、上記連通孔にて上記振動板の前部気室側と後部気室側とが音響的に結合されていることを特徴としている。
【００２３】
この構成によれば、振動板は支持体（ダイアフラムプレート）に対して、その周縁のみならず、中央の支持突起にも固定されているため、同振動板により高い張力を付与することができる。
【００２４】
また、振動板を中央の支持突起に固定したことにより、それをしない従来例に比べてほぼ倍の共振周波数とすることができる。このことは、振動板の有効面積を余り小さくすることなく、振動板の共振周波数を高くすることができることを意味している。
【００２５】
さらには、振動板の前部気室側と後部気室側とが、支持体の透孔および振動板の連通孔を介して音響的に結合され圧力等価となっているため、１ｋＨｚ付近の周波数応答特性に対して低域での周波数特性が平坦化され、風雑音や振動雑音を低減することができる。
【００２６】
また、上記固定極の上記支持突起と対向する部分は無孔部とされていることにより、支持体の透孔および振動板の連通孔からの低域の音圧は、振動板と固定極との間の薄空気層のインピーダンスをもって振動板の後部気室に導かれる。この場合、薄空気層のインピーダンスはきわめて安定であることから、マイクロホンユニットの動作を著しく阻害することはない。
【００２７】
本発明において、上記支持突起の透孔が音響抵抗材にて覆われていることが好ましく、より好ましくはその音響抵抗材による音響抵抗値が可変（支持突起の透孔を開放する場合を含む）であるとよい。これによれば、指向性を変えることなく、低域の周波数応答をきめ細かく設定することができる。
【００２８】
また、本発明においては、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おり、そ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が好ましい。
【００２９】
これによれば、風雑音などに対する耐性を損なうことなく、また、簡単な手段にて共振を確実に抑えることができる狭指向性コンデンサマイクロホンが提供される。
【００３０】
【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。
【００３１】
図１の断面図に示されているように、この実施例に係るライン型マイクロホン１Ａにおいても、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３Ａが収納され、同マイクロホンユニット３Ａ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が、この場合、低い周波数帯域まで良好な狭指向性を得るため、音響管２は比較的長い長さ（例えば、３００ｍｍ）とされ、また、単一指向性マイクロホンユニット３Ａにはコンデンサ型のものが用いられている。
【００３２】
音響管２の前方側には、スリット状とされた一連の音響抵抗孔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（例えば、ＮＢＣ社製ナイロンメッシュ＃５０８）が貼り付けられている。なお、この音響抵抗孔２ａは、音響管２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。
【００３３】
マイクロホンユニット３Ａの一方の面（図１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１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に対する後部音波導入口２ｂが穿設されている。
【００３４】
図１には、この後部音波導入口２ｂが一つしか示されていないが、この実施例では１８０度対向する管壁部分に後部音波導入口２ｂがそれぞれ穿設されており、各後部音波導入口２ｂにも音響抵抗材として、例えばＮＢＣ社製ナイロンメッシュ＃２００が貼り付けられている。
【００３５】
また、マイクロホンユニット３Ａの外径は音響管２の内径よりも小さく、このマイクロホンユニット３Ａと音響管２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３Ａ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。これにより、風雑音の影響や近接効果を低くするようにしている。
【００３６】
そして、後部音響容量室２２内には上記隙間Ｇを覆うように音響抵抗材４が配置されている。この実施例において、音響抵抗材４は適度に圧縮されたスポンジ材（例えば、ブリジストン社製ＨＲ５０、圧縮率１／５）によりドーナツ状に形成されている。
【００３７】
マイクロホンユニット３Ａは、図２の断面図に示されているように、内部に縮径された段差部３３１を有する円筒状のユニットケース３３を備えている。このユニットケース３３は、その段差部３３１側が音響管２の前方に向くようにして、同音響管２内に収納される。
【００３８】
なお、先にも説明したように、このユニットケース３３の外径は音響管２の内径よりも小さく、これにより、それらの間に所定幅の隙間Ｇが確保される。また、図示されていないが、ユニットケース３３は例えばゴム材からなるシュックマウントを介して音響管２内に保持される。
【００３９】
このユニットケース３３内に、振動板３５が張設されたダイアフラムプレートとしての支持体３４と、固定極３７が取り付けられた絶縁座３６とが嵌装されるのであるが、まず、支持体３４が段差部３３１にて位置決めされるようにして収納され、次にスペーサリング３８を介して絶縁座３６が支持体３４の背面と対向するように収納される。
【００４０】
なお、絶縁座３６の背面側にはクッション材３６１を介してワッシャ状の押え金具３６２がユニットケース３３内に嵌装され、これにより、支持体３４、スペーサリング３８および絶縁座３６が強固に固定される。
【００４１】
支持体３４は、図３（ａ）の平面図およびその断面図である同図（ｂ）に示されているように真鍮などの円盤体からなり、これには前方音響端子３１としての透孔が穿設されている。
【００４２】
支持体３４の背面側（図３（ｂ）において下側）の周縁には、所定の高さを有する振動板固定用の周縁固定部３４１が環状に形成されている。また、支持体３４の中心部には、周縁固定部３４１と同じ高さを有する中央支持突起３４２が立設されており、同中央支持突起３４２にはその軸線方向に貫通する透孔３４３が穿設されている。
【００４３】
周縁固定部３４１と中央支持突起３４２は同一平面内に存在し、これらに例えばＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）からなる高分子フィルム製の振動板３５が所定の張力を付加された状態で固定される。
【００４４】
すなわち、振動板３５はその周縁部が周縁固定部３４１に固定されるとともに、その中央部も中央支持突起３４２に固定される。この固定方法は、接着剤もしくは熱融着などによる。振動板３５を支持体３４に固定した後、振動板３５に中央支持突起３４２の透孔３４３に連通する連通孔３５１が開けられる。
【００４５】
このように、連通孔３５１の孔開けは、中央支持突起３４２に振動板３５を固定した後に行なわれるため、振動板３５が不用意に破けてしまうことはない。なお、支持突起３４２の透孔３４３と振動板３５の連通孔３５１は実質的に一つの開口に該当するため、以下の説明では特別な場合を除いて、これらを開口３０とする。
【００４６】
この開口３０には、音響抵抗材３９が被せられている。この音響抵抗材３９は例えばフェルトのような不織布もしくは上記のようなナイロンメッシュなどであってよいが、この実施例では図示しないレバーなどの操作機構により、開口３０に対して開閉自在とされている。
【００４７】
絶縁座３６は例えば合成樹脂製のやや肉厚の円盤体からなり、支持体３４と対向する面側には、固定極３７がその一部分を埋め込むようにして取り付けられている。この固定極３７と振動板３５との間には、スペーサリング３８にて所定の空間が確保されている。
【００４８】
音響管２の先端側から見た場合、固定極３７と振動板３５との間の空間が振動板３５の後部気室３５２であり、これに対して、振動板３５の前方音響端子３１側の空間が前部気室３５３であるが、本発明においては、その前部気室３５３と後部気室３５２は開口３０の音響抵抗と音響質量とにより音響的に接続されている。
【００４９】
絶縁座３６には後方音響端子３２が形成されているとともに、同絶縁座３６の固定極３７の背面側には後方音響端子３２に連通する背部空間３２１が形成されており、同背部空間内３２１には所定の音響抵抗材３２２が収納されている。
【００５０】
また、固定極３７にも後方音響端子３２からの音波を後部気室３５２に案内するための複数の透孔３７１が穿設されているが、この場合、透孔３７１は支持体３４側の開口３０と対向する部位を避けて設けられている。すなわち、支持体３４側の開口３０と対向する部位は無孔部とされている。なお、固定極３７の背面側からは図示しないインピーダンス変換器に接続される電極リード棒３７２が引き出されている。
【００５１】
このように、このコンデンサマイクロホンユニット３Ａによれば、振動板３５がその中央部においても、支持体３４の中央支持突起３４２に固定されるため、振動板３５をより高い張力をもって支持体３４に固定することができる。
【００５２】
また、振動板３５を中央支持突起３４２に固定したことにより、それをしない従来例に比べてほぼ倍の共振周波数とすることができる。したがって、振動板３５の有効面積を余り小さくすることなく、同振動板３５の共振周波数を高くすることができる。
【００５３】
振動板３５の前部気室３５３と後部気室３５２とが、支持体３４の開口３０における音響抵抗と音響質量を介して結合され圧力等価となっているため、１ｋＨｚ付近の周波数応答特性に対して低域での周波数特性が平坦化され、風雑音や振動雑音を低減することができる。参考までに、図４に本発明によるライン型コンデンサマイクロホンの周波数応答特性グラフを示す。
【００５４】
支持体３４の開口３０が固定極３７の透孔３７１の無い部分に設けられているため、開口３０からの低域の音圧は、振動板３５と固定極３７との間の薄空気層のインピーダンスをもって振動板３５の後部気室３５２に導かれる。この場合、薄空気層のインピーダンスはきわめて安定であることから、マイクロホンユニットの動作を著しく阻害することはない。
【００５５】
また、音響抵抗材３９により、支持体３４の開口３０に対して適切な音響抵抗を付与することにより、細かな低域の周波数応答の設定を行なうことができる。その際、上記実施例のように、開口３０に対して音響抵抗材３９を開閉可能とすることにより、指向性を変えることなく、低域の周波数応答を変えることができる。
【００５６】
ここで、図５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１Ａの動作原理について説明する。
【００５７】
この機械等価回路において、ＰＳは前方音響端子３１に対する音源で、その音圧Ｐとユニット振動板の有効面積Ｓの積ＰＳで表されている。
また、ＰＳｅ^{−ｊｋｌｃｏｓθ}は、後方音響端子３１に対する音源で、この場合、ｌは音響管２の前方開口部と後部音波導入口２ｂとの距離である。
【００５８】
Ｚは音響管２の総合インピーダンス、ｓｆは前部音響容量室２１内の空気スチフネス、ｓｂは後部音響容量室２２内の空気スチフネス、ｍ０は振動板３５の質量、ｓ０は振動板３５のスチフネス、ｒ０は振動板３５の制動抵抗、ｓ１はユニット内の背部空間３２１の空気スチフネス、ｒ１は後方音響端子３１側に指向性を与えるユニット内の音響抵抗、ｒｂは後部の音波導入口２ｂに被せられた音響抵抗材の音響抵抗、ｍｂは同音響抵抗材の質量で、ｍはマイクロホンユニット３Ａの外周面と音響管２の内周面との間にある隙間Ｇ内の音響質量である。
【００５９】
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ｓｂ（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、上記音響抵抗材４の音響抵抗をｒとすると、本発明では、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ｓｂによる共振を有効に制動することができる。
【００６０】
また、支持体３４の開口３０からの低域の音圧が、振動板３５と固定極３７との間の薄空気層のインピーダンスをもって振動板３５の後部気室３５２に導かれる。その薄空気層の音響抵抗をｒ２とすると、この機械等価回路において、同音響抵抗ｒ２は、ｓｆとｓ１との間で、ｍ０，ｓ０およびｒ０の直列回路に対して並列に接続されたのと等価になり、これにより、低域の周波数応答が平坦化される。
【００６１】
なお、この等価回路には示されていないが、開口部３０の音響抵抗材３９による音響抵抗は、薄空気層の音響抵抗ｒ２に対して直列に接続されることになり、その音響抵抗を可変とすることにより、低域の周波数応答をきめ細かに設定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い指向性を有する長い音響管を有し、単一指向性マイクロホンユニットに高分子フィルムを振動板とするコンデンサ型ユニットを用いたライン型マイクロホンにおいて、低域の周波数応答を平坦化することができる。
【００６３】
振動板の前部気室と後部気室とを接続するため、支持体に設けられている開口に適切な音響抵抗を付与することにより、低域の周波数応答をよりきめ細かく調整することができる。なお、開口を開閉することにより、指向性を阻害することなく、低域の周波数応答を可変にすることができる。
【００６４】
また、本発明によれば、風や振動による雑音の内、低い周波数成分での振動板の過大な変位が発生しないため、音切れなどの問題も発生しない。また、振動板の支持体を除いて、ほとんどの部品が変更を要しないため、コスト的に安価でもある。
【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模式的断面図。
【図２】上記実施例に用いられているコンデンサマイクロホンユニットを示した断面図。
【図３】上記コンデンサマイクロホンユニット内の支持体を示した平面図およびその断面図。
【図４】上記実施例の指向性を実測した指向性特性グラフ。
【図５】上記実施例の機械等価回路図。
【図６】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。
【図７】上記従来例の指向性を実測した指向性特性グラフ。
【符号の説明】
１Ａライン型マイクロホン（狭指向性マイクロホン）
２音響管
２１前部音響容量室
２２後部音響容量室
２ａ前部音響抵抗孔
２ｂ後部音波導入口
３Ａマイクロホンユニット
３０開口
３１前方音響端子
３２後方音響端子
３３ユニットケース
３４支持体
３５振動板
３５１連通孔
３５２後部気室
３５３前部気室
３６絶縁座
３７固定極
３８スペーサリング
３９音響抵抗材
４後部音響抵抗制御手段
４１切換カバー
４２ノブ
４３，４３１〜４３３開口
５１，５２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、上記マイクロホンユニットとして、支持体の周縁間に張設された高分子フィルム製の振動板を固定極に対して所定の間隔をもって対向的に配置してなるコンデンサマイクロホンユニットが用いられている狭指向性コンデンサマイクロホンにおいて、
上記支持体の中央部には、その周縁とほぼ同一の高さであって、軸方向に貫通する透孔を有する支持突起が形成されており、上記振動板は所定の張力をもって上記支持体の周縁と上記支持突起とに固定されているとともに、上記透孔に連通する連通孔を備え、上記固定極の上記支持突起と対向する部分は無孔部とされており、上記連通孔にて上記振動板の前部気室側と後部気室側とが音響的に結合さ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。
上記支持突起の透孔が、音響抵抗材にて覆われてい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。
上記支持突起の透孔に対する音響抵抗値が可変とされていることを特徴とする請求項２に記載の狭指向性コンデンサマイクロホン。
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おり、そ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ないし３のいずれか１項に記載の狭指向性コンデンサマイクロホン。