JP4146927B2 - コンデンサマイクロフォン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロフォンケーシングと音波通過開口部とを有するコンデンサマイクロフォンであって、前記マイクロフォンケーシングには第１のダイヤフラムと、当該ダイヤフラムに配属された対向電極とが相互に僅かな間隔で配置されている形式のコンデンサマイクロフォンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知のコンデンサマイクロフォンは、Sennheiser electronic GmbH & Co.KGのタイプＭＫＥ２の１つである。このＭＫＥ２マイクロフォンは持続分極型コンデンサマイクロフォンであり、直径約４〜６ｍｍの高価なブローチ型（ないし差込保持型）マイクロフォンとして、他のブローチ型マイクロフォンではその寸法が大きいため目立ちすぎるようなところで使用されている。このような高品質の小型マイクロフォンは例えばコンサート上演、ミュージカルまたはその他のショービジネスで使用される。このような場合、アーチストは演技やダンスの他に歌ったり喋ったりし、マイクロフォンはアーチストの身体、例えば毛髪や衣装の中に巧妙に隠されており、アーチストの口に相応に指向されている。
【０００３】
ここでＭＫＥ２は音響品質および堅牢性の高い要求を満たし、ライブ伝送技術のあらゆる分野における音声伝達および楽器集音に適する。この機器は直接、１２〜４８Ｖの仮想給電部を有する機器に接続され、体（ないし骨）伝導音に対して比較的不感であり、非常に線形の周波数特性を有する。このことは原音忠実な録音に対して重要なことである。
【０００４】
不利な条件下、例えばアーチストがたくさん発汗するような場合では、汗がＭＫＥ２のマクロフォンカプセルに浸入しこれを破壊するようなことが生じ得る。これについては、コンデンサマイクロフォンは圧力受信器であり、通常は高湿度に対して不感であることを知っていなければならない。なぜなら、空気交換がダイヤフラムによって、敏感なエレクトレット（持続分極性の誘電体）を有する対向電極前で遮断されているからである。マイクロフォンまたはマイクロフォンケーシング内部の湿度は非常に緩慢に外部湿度と同じになる。なぜならダイヤフラム（メンブラン）は通常は、蒸気透過性だからである。マイクロフォンカプセルがクリーンに製造されていれば問題は生じない。問題となるのは、塩分、すなわち人の汗に含まれるような電解液が浸入することだけである。この電解液は対向電極上のエレクトレット箔を直ちに放電させることとなる。公知のＭＫＥ２型マイクロフォンでは、他のすべてのコンデンサマイクロフォンと同じように、音声孔が音波通過開口部として設けられており、この開口部を通って到来した音波がマイクロフォン内部にある前空間に達し、最終的にダイヤフラムに到達する。ダイヤフラムはダイヤフラムリングに設けられており、汗はダイヤフラムリング自体を通過することはできない。なぜならダイヤフラムリングはシリコーンパッキングに着座されているからである。
【０００５】
汗は最終的にただ１つの孔（開口部。この孔は１０〜３０μｍの直径を有し、ダイヤフラムに配設されている。）を通り、ダイヤフラムと対向電極との間のクリティカルな空隙に吸引される。このことによってエレクトレット箔の放電が生じる。前記の小さなダイヤフラム開口部はコンデンサマイクロフォンに圧力平衡のために設けられている。これによりダイヤフラムが空気圧変動の際に対向電極に"衝突"することがない。このようなことが生じると一方では損傷が生じ、他方では所望しない録音ノイズの生じることがある。小さなダイヤフラム開口部の位置に依存せずに、汗がダイヤフラムと対向電極との間の空隙に到達し、エレクトレット箔の放電を引き起こすことを常に回避することは非常に困難である。
【０００６】
汗の問題は以前から知られており、これまで例えば次のようにして対処されてきた。すなわち、有利には撥水性で、蒸気および音波透過性のポリエステルフリースをマイクロフォンケーシングの音波通過開口部前に配置するのである。さらにマイクロフォンカプセル全体をハンダ個所も含めて密に被覆し、汗の浸入をマイクロフォンの他の個所でも阻止するのである。
【０００７】
しかし前記の手段にもかかわらず、汗を完全に確実にマイクロフォン内部からシャットアウトすることは不可能であることが示された。なぜなら最悪の条件下では相変わらず汗がコンデンサマイクロフォン内部に達し、マイクロフォンの故障を引き起こし得るからである。マイクロフォンカプセルないしはダイヤフラムに前置された公知の材料は蒸留水に対してはとりわけこれをシャットアウトする。しかしとくに汗に対してはその表面張力が小さいため所定時間後には浸透させてしまい、所望の要求すべてを満たすものではない。このことは最悪の場合には、マイクロフォンの故障につながる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、汗のマイクロフォンへの浸入に対して有効な保護手段を設け、ひいては前記の欠点と問題点を克服することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マイクロフォンケーシングと音波通過開口部とを有するコンデンサマイクロフォンであって、前記マイクロフォンケーシングには第１のダイヤフラムと、当該ダイヤフラムに配属された対向電極とが相互に僅かな間隔で配置されている形式のコンデンサマイクロフォンに関するが、上記課題は本発明により、ダイヤフラムリングと、湿分を該第１のダイヤフラム側及び該対向電極側へ侵入させないよう内部を封鎖する、開口部のない第２のダイヤフラムが設けられており、前記ダイヤフラムリングの一方の側に第１のダイヤフラムが配置され、前記第２のダイヤフラムはダイヤフラムリングの他方の側に配置されているように構成して解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第２のダイヤフラムは、有孔性かつ音波透過性のフリースとは反対に完全に封鎖されている。これにより、第１のダイヤフラムと対向電極との間のクリティカルな空隙に生じる湿気の問題がもはや発生しない。なぜなら、第２のダイヤフラムの密閉によって、この第２のダイヤフラムにより疑似的な保護壁が第１のダイヤフラム前に形成されるからである。さらに第２のダイヤフラムには開口部がないので、第１のダイヤフラムのような圧力平衡も行われない。第２のダイヤフラムは、静的な空気圧変動に追従するために十分なスペースを有している。第１のダイヤフラムは平衡開口部を維持することができ、静的空気圧変動の際にも所定の静止位置において、対向電極前約１０〜２０μｍの間隔に留まる。
【００１１】
本発明により得られた二重ダイヤフラムは、第２のダイヤフラムの重量が第１のダイヤフラムより格段に軽く、かつ第１のダイヤフラムより格段に弱く張架されていれば、第１のダイヤフラムのみの場合と同じ静電特性を近似的に有する。１：４の比は達成可能であり、良好な妥協点であることが判明した。このために第２のダイヤフラムは有利には型打ち加工することができる。二重ダイヤフラムシステムの両方のダイヤフラムは伝達領域全体で剛性結合されて振動する。これによりダイヤフラム相互間の間隔が小さい場合付加的な共振は生じない。このことは理想的には、第２のダイヤフラムがダイヤフラムリングの直前に配置され、第１のダイヤフラムがダイヤフラムリングの直後に配置され、これによりダイヤフラムリングが２つのダイヤフラム相互の間隔を一定に保つようにして達成される。製造の観点からさらに、第２のダイヤフラムをマイクロフォンカプセルケーシングに接着する代わりに、両方のダイヤフラムをダイヤフラムリングの対向面に接着すると有利である。
【００１２】
マイクロフォンカプセルを汗の浸入に対してさらに保護するために、このマイクロフォンカプセルに疎水性のキャップを被せることができる。このキャップは例えばテフロン層を有している。さらに、マイクロフォン接点がケーブルと接続されている後部マイクロフォン領域を保護するために、相応のカバー材料をこの領域、またはマイクロフォンカプセルの側部に設け、この箇所からの汗のマイクロフォンへの浸入を阻止すると有利である。カバー材料による実験では、シリコーンゴム、ポリエステルまたは３成分系接着剤またはＳＭＤ接着材料の使用が良好な結果をもたらし、この材料によって非常に良好なマイクロフォンの密閉が後部領域で達成された。
【００１３】
【実施例】
以下本発明を図面に示された実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、ケーシング２を有する本発明のコンデンサマイクロフォンカプセル１の断面図である。ケーシングは収縮（ないしかしめ）部分３内にあり、マイクロフォンカプセル１とその接点４，並びに接点４に接続されたケーブル５の一部を包囲する。さらにマイクロフォンカプセルはケーブルと同じように収縮部分と接着されている。接着剤としてはＳＭＤ接着剤または２成分系接着剤が使用される。これによりマイクロフォンカプセルの後部領域および側方領域では汗が外部から浸透することができない。図１および図２の全体寸法は単なる例であり、本発明を図示のマイクロフォンカプセルないしはマイクロフォンの寸法に限定するものではないことは自明である。
【００１５】
図２は断面図に１０：１の縮尺で、ケーシング３０を有する本発明のマイクロフォンカプセル１０を示す。ケーシングは接点板１５と例えばレーザー溶接によって接続されている。マイクロフォンカプセルの前方領域でケーシング３０は音波通過孔９０（音声孔とも称する）を有し、これを通って音波はマイクロフォンカプセルの内部前室に達することができる。前方ケーシング領域ではケーシングは縁部でマイクロフォンカプセル内側まで後退されており、中央軸線２５に対してケーシングは横断面が僅かに凸型に成型されている。ここで音波通過孔９０は円形の孔として外側前方ケーシング領域の中央に形成されている。内側にはケーシングの縁部領域にシリコーンパッキング６０が例えばリングとして配置されている。前室１００は第２のダイヤフラム７０によって画成されている。このダイヤフラムはダイヤフラムリング２０の前側に配置されており、その裏側には第１のダイヤフラム８０が配置されている。有利には第２のダイヤフラムも第１のダイヤフラムもダイヤフラムリングに接着されている。
【００１６】
第２のダイヤフラムは完全に閉鎖されており、一方第１のダイヤフラムは中央領域に直径僅か１０〜３０μｍのただ１つの開口部を有する。第１のダイヤフラム８０にはスペーサリング４０が続いており、このスペーサリングの厚さは僅か約１０μｍであり、対向電極５０に対する間隔保持部材として用いる。対向電極も同じようにスペーサリング４０に当接している。スペーサリングの厚さを例えば１０から５０μｍの間で変化させて、これにより対向電極５０と第１のダイヤフラム８０との間に相応の間隔を作ることもできる。小さな開口部１１０は圧力平衡を行う。これにより第１のダイヤフラムが空気圧変動の際に対向電極５０に衝突しなくなる。このようなことが生じると再生障害、マイクロフォンカプセルの損傷または故障にまで至ることがある。対向電極には図示しないがエレクトレット箔がエレクトレット層として設けられている。
【００１７】
第１ダイヤフラムの第２ダイヤフラムに対する厚さ比は例えば約３〜４：１の領域にあることができる。第２のダイヤフラムの絶対厚はここでは１μｍとすることができる。第２ダイヤフラムの第１ダイヤフラムに対する剛性比は約１：４である。
【００１８】
第２ダイヤフラム７０は開口部を有しておらず、圧力平衡しない。しかし第２ダイヤフラムは静的空気圧変動に追従するだけの十分なスペースを有している。第１および第２のダイヤフラムは二重ダイヤフラムを形成し、それらのマッチングにより、第２ダイヤフラム７０が上に述べたように第１ダイヤフラム８０よりも格段に軽くかつ弱く張架されていれば、第１のダイヤフラム８０単独の場合とほぼ同じ特性を有する。第２ダイヤフラム７０は型打ち（刻印）加工することができる。
【００１９】
二重ダイヤフラムシステムの両ダイヤフラムは音波伝達領域全域で剛性結合されており、そのためダイヤフラム相互間の間隔が小さければ付加的な共振は生じない。
【００２０】
製造性の観点からは、第２のダイヤフラム７０をカプセルケーシング３０に貼り付けるのではなく、両方のダイヤフラムをダイヤフラムリング２０に接着すると有利である。
【００２１】
マイクロフォンカプセルに外側でキャップを設けることのできることは自明である。このキャップはさらなる音波通過性層、例えばフリースを有するか、または疎水性層、例えばテフロン層を有する。多くの理由から、キャップがネットを有し、粗い粒子状の塵がマイクロフォンの前室に浸入するのを阻止すると有利である。
【００２２】
実験によって、一方では二重ダイヤフラムシステムにより汗が第１ダイヤフラム８０の領域ないしは第１ダイヤフラム８０と対向電極５０との間の空間に浸入することが阻止され、他方ではマイクロフォンが依然として音質および堅牢性への高い要求を満たし、さらに公知のＭＫＥ２と同様のほぼ線形の周波数特性を有することが確認された。
【００２３】
前記および図示のマイクロフォンは無指向性であり、２０〜２００００Ｈｚの伝達領域を有し、さらに無電荷アイドル伝送係数（１ｋＨｚ）は１０ｍＶ／ｐａ±２．５ｄＢである。定格インピーダンスは５０Ω、端子−端子インピーダンスは１０００Ωである。補償ノイズレベル（ＩＥＣ６５１）はＡ評価の際に２７ｄＢであり、ＣＣＩＲ（ＣＣＩＲ４６８３）評価の際に３８ｄＢである。限界音圧レベルは周波数１ｋＨｚにおいて１００〜１３０ｄＢであり（歪み率約１％）、供給電流は約６ｍＡである。マイクロフォンカプセルの総重量は約１ｇ（！）である。
【００２４】
ミュージカルまたはショーグループのライブコンサートの生中継の際に、本発明のブローチ型マイクロフォンは頭部の額や毛髪に装着される。この場合、汗は本来なら音波のみが入るべき前方からマイクロフォンへ浸入し、さらにマイクロフォンカプセルの電気端子の後方領域からも浸入する。汗は例えばケーブルに沿って直接、折れ曲がり保護部の下からマイクロフォンカプセルの電気端子に達することができ、そこでマイクロフォンの出力信号を短絡する。通常は射出成形される折れ曲がり保護部はケーブル外皮ともマイクロフォンカプセルケーシングとも密ではなく、汗は苦もなく浸入することができる。従って注入（可塑性）材料を前もってマイクロフォンカプセルの電気端子に施すことが提案される。この注入材料は、金属、ハンダ（場合によりフラックス残滓または絶縁成分を有する）および接続すべき個々のケーブル心線に良好に密に付着しなければならない。このような注入材料として適切な材料として、電子工学で例えばハイブリッド回路を覆うために使用される材料を用いることができる。有利な注入材料は、２成分系−ポリウレタン樹脂、２成分系-エポキシ樹脂、シリコーンゴムまたは１成分系エポキシ樹脂接着剤である。１成分系エポキシ樹脂接着剤は超音波溶接の前にＳＭＤ部材を接着するのにも用いられる。
【００２５】
注入材料を施した後、マイクロフォンカプセルをその端子およびケーブル外皮の始端部と共に一体的に覆う。付加的に接着により汗の浸透に対して特別の保護が得られる。最後に収縮ホース（ここでは図１）の内側に熱可塑性接着剤を設ける。収縮処理自体の際に接着剤も賦活され、冷却後に硬化する。例えばネオプレンからなるゴムソケット（受け口）も適する。このネオプレンは例えば ゴム成分を有するロクタイト（loktite）４８０シアノアクリラートによりポリウレタン性ケーブル外皮に理想的に接着される。
【００２６】
さらにケーブル折れ曲がり保護部に対する射出材料の適切な選択により、汗が後方からマイクロフォンカプセルの後部部分に浸入するのを阻止することができる。射出材料はケーブル外皮に容易に融着すべきであり、エラスティックな熱可塑性ポリエステルがポリウレタンケーブル外皮に対して適することが証明された。
【００２７】
前方マイクロフォンカプセル領域の付加的保護として、音波通過孔に前置される疎水性格子を用いることができる。フリース材料、例えばゴアテックスを使用することも同じように従来のポリエステル繊維より良好である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の特定の二重ダイヤフラム構造により、汗のマイクロフォンへの侵入を有効に防止するとともに、所定のマイクロフォン特性を確保することが、確実に達成される（請求項１以下の基本効果）。
二重ダイヤフラム構造の第２ダイヤフラムは圧力平衡のための手段として開口を必要としないので簡単な構造により、所定の基本効果が達成される（請求項２）。
さらに請求項３以下の構成により、所定の基本効果が夫々特有の簡潔な状態において、達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンデンサマイクロフォンカプセルを約１０：１の縮尺で示す断面図である。
【図２】収縮部分を有するコンデンサマイクロフォンカプセルを約５：１の縮尺で示す断面図である。
【符号の説明】
１ マイクロフォンカプセル
２ ケーシング
３ 収縮部分
４ 接点
５ ケーブル

Claims (6)

1. マイクロフォンケーシング（３０）と音波通過開口部（９０）とを有するコンデンサマイクロフォンであって、前記マイクロフォンケーシングには第１のダイヤフラム（８０）と、当該ダイヤフラムに配属された対向電極（５０）とが相互に僅かな間隔で配置されている形式のコンデンサマイクロフォンにおいて、
   ダイヤフラムリング（２０）と、湿分を該第１のダイヤフラム側及び該対向電極側へ侵入させないよう内部を封鎖する、開口部のない第２のダイヤフラム（７０）が設けられており、
   前記ダイヤフラムリングの一方の側に第１のダイヤフラム（８０）が配置され、
   前記第２のダイヤフラムはダイヤフラムリング（２０）の他方の側に配置されている、
   ことを特徴とするコンデンサマイクロフォン。
2. 第２のダイヤフラムは圧力平衡のための手段を有しない、請求項１記載のコンデンサマイクロフォン。
3. 第１のダイヤフラムは、対向電極（５０）の前方に静止状態で約１０から５０μｍの間隔をおいて配置されている、請求項１または２記載のコンデンサマイクロフォン。
4. 第２のダイヤフラムは第１のダイヤフラム（８０）より格段に軽量であり、および／または第１のダイヤフラムより格段に弱く張架されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のコンデンサマイクロフォン。
5. 第１のダイヤフラムの第２のダイヤフラムに対する重量比ないしは張力／剛性比は約４：１である、請求項１から４までのいずれか１項記載のコンデンサマイクロフォン。
6. 第１のダイヤフラムも第２のダイヤフラムもダイヤフラムリング（２０）に接着されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のコンデンサマイクロフォン。

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