JP5039586B2

JP5039586B2 - 狭指向性マイクロホン。

Info

Publication number: JP5039586B2
Application number: JP2008020237A
Authority: JP
Inventors: 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: JP2009182756A

Description

本発明は、狭指向性マイクロホンに関し、さらに詳しく言えば、指向性を適宜切り替えることができる可変指向型の狭指向性マイクロホン（ラインマイクロホン）に関するものである。

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おり、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。

このライン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。

このライン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。

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。

この点を解決するため、特許文献１に記載の発明では、音響管の後端側の内部に単一指向性マイクロホンユニットを収納することにより、音響管内を前部音響容量室と後部音響容量室とに区画し、その後部音響容量室側にマイクロホンユニットの後方音響端子に対する音波導入口を穿設している。

この場合、マイクロホンユニットの外径を音響管の内径よりも小さくして、マイクロホンユニットの外周面と音響管の内周面との間に所定の隙間を設け、その隙間によりマイクロホンユニットの前方音響端子と後方音響端子とを音響的に接続している。

このように、マイクロホンユニットの後方音響端子が、その音波導入口を介して自由音場に通じているとともに、隙間を通して前方音響端子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の音響端子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。

ところで、上記特許文献１に記載のラインマイクロホンにおいては、側方からの音波を拾わないようにするため、音響管とマイクロホンユニットの音響抵抗を調整することにより、中低域の周波数範囲でのポーラパターンをハイパーカージオイドにしている。

しかしながら、これでは１８０度方向の特に低域周波数の音波が収音されてしまうことになる。これに対して、１８０度方向から到来する低域の音波を低減するため、中低域の指向性をカージオイドに設定すると、中域の周波数において側方から到来する音波が収音されやすくなってしまう。

このため、収音する状況に応じて中低域の指向性を可変にすることが要望されているが、これには次のような課題があった。

通常のラインマイクロホンにおいて、その中低域の指向性を可変とするには、音響管の漏洩抵抗（音響抵抗）を可変にする方法と、マイクロホンユニットの内部にある音響抵抗を可変にする方法とがある。

しかしながら、前者のように音響管の漏洩抵抗を可変とする場合には、その音響抵抗孔が音響管の軸線方向に沿って設けられているため、その音響抵抗を均一にかつ安定して可変にすることがきわめて困難である。仮に、音響抵抗を理想的に可変になし得たとしても、音響管自体の特性インピーダンスが損なわれ、その結果、中低域の狭指向性が変化し、状況によっては狭指向性そのものが損なわれてしまうことがある。

また、後者のようにマイクロホンユニットの内部にある音響抵抗を可変にすることは、ユニットの音響条件を直接操作することになるため避けるべきであり、たとえできたとしても再現性に乏しい。

なお、例外的な存在として、管側部の音響抵抗が調整された複数本の音響管を直列に連結し、その連結する段数を変えることにより、可変指向性としたラインマイクロホンが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、このマイクロホンは音響管を継ぎ足す連結部分の機械的強度が十分に確保できないことと、常時継ぎ足す音響管を携帯しなければならないなどのこともあって、取材などの業務用には用いられず、一時期民生用のマイクロホンとして商品化されたにすぎなかった。

また、音響管を長くすると、低域の指向性が双指向性よりになることに加え、高域の指向性が必要以上に鋭くなってしまうなどの問題があった。このように、高域の指向性や音響管の長さを変化させることなく、低域の指向性を可変とすることは困難であった。

そこで、本出願人は、特許文献３で、簡単な構成でありながら、収音状況に応じて、指向性をハイパーカージオイドもしくはカージオイドのいずれかに切り換えられるようにするため、音響管内を単一指向性の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し、その後部音響容量室側にマイクロホンユニットの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狭指向性マイクロホンにおいて、後部音波導入口部分の音響抵抗を可変とする後部音響抵抗制御手段を備えた狭指向性マイクロホンを提案している。

この構成によれば、後部音波導入口の音響抵抗を当初設定された音響抵抗のままとすることにより、ハイパーカージオイドの指向性が得られる。これに対して、後部音波導入口の音響抵抗を大きくすることにより、カージオイドの指向性が得られる。

特開昭６２−１１８６９８号公報実開昭５６−１９９９２号公報特開２０００−５０３８５号公報

しかしながら、特許文献３に記載の狭指向性マイクロホンでは、後部音響抵抗制御手段として、音響管の外周面に対して可動的に嵌着される切換カバーを用いて後部音波導入口の音響抵抗を可変としているため、次のような問題がある。

切換カバーを機械的に操作するものであるため、摺動部などにガタ付きが生じやすく、また、操作が面倒でもある。強風などのときには音響管の全体にウィンドスクリーンが被せられるが、そうしたときには切換カバーの操作が困難になる。指向性を連続的に変えるには切換カバーの微妙な操作が要求される。また、振動や衝撃などで切換カバーが不用意に移動してしまうこともある。

したがって、本発明の課題は、電気的なスイッチ操作で指向性を連続的に可変できるようにした狭指向性マイクロホンを提供することにある。

上記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、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、上記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、上記音響管の後部音響容量室側に、上記マイクロホンユニットの上記後方音響端子に対する後部音波導入口と、上記後部音波導入口部分の音響抵抗を可変とする後部音響抵抗制御手段とが設けられている狭指向性マイクロホンにおいて、上記後部音響抵抗制御手段として、直流電源から供給される印加電圧に応じて変位する圧電バルブが用いられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記直流電源が当該マイクロホンに動作電源を供給するファントム電源であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、上記圧電バルブに対する給電スイッチが、上記音響管以外の部分に設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、上記給電スイッチには、上記圧電バルブに印加する電圧をほぼ連続的に調整可能とする電圧調整手段が含まれていることを特徴としている。

音響管内を単一指向性の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し、音響管の後部音響容量室側に、マイクロホンユニットの後方音響端子に対する後部音波導入口と、後部音波導入口部分の音響抵抗を可変とする後部音響抵抗制御手段とが設けられている狭指向性マイクロホンにおいて、後部音響抵抗制御手段として、直流電源から供給される印加電圧に応じて変位する圧電バルブを用いるようにした請求項１に記載の発明によれば、電気的なスイッチ操作で指向性を可変でき操作が容易に行えるとともに、切換カバーのように機械的な摺動部を持たないため、耐久性の点でも有利である。

圧電バルブの駆動用直流電源として、当該マイクロホンに動作電源を供給するファントムを使用するようにした請求項２に記載の発明によれば、圧電バルブを採用するにあたって、別電源を用意する必要がない。

圧電バルブに対する給電スイッチを音響管以外の部分に設けるようにした請求項３に記載の発明によれば、音響管にウィンドスクリーンが被せられた状態でも、容易に指向性を切り換えることができる。

給電スイッチに圧電バルブに印加する電圧をほぼ連続的に調整可能とする電圧調整手段を含ませるようにした請求項４に記載の発明によれば、指向性を連続的に変化させることができる。

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。図１は本発明の実施形態に係る狭指向性マイクロホンを示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は圧電バルブを示す模式図、図４は上記狭指向性マイクロホンのポーラパターンの２例を示す図で、（ａ）はハイパーカージオイドのポーラパターン図，（ｂ）はカージオイドのポーラパターン図、図５は上記狭指向性マイクロホンの音響機械的な等価回路図である。

図１および図２を参照して、この狭指向性マイクロホン１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３が収納され、マイクロホンユニット３により、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、後部音響容量室２２の後端側は、コード挿通孔２３ａを有する端板２３によって閉じられている。

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、音響抵抗孔２ａには、音響抵抗材２ｂ（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。

マイクロホンユニット３の一方の面（図２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２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２４が穿設されている。

マイクロホンユニット３は、通気性を有するゴム弾性リング３ａを介して音響管２内に装着されるが、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されており、マイクロホンユニット３と音響管２との間には、空気通路としての隙間Ｇが設けられている。

この隙間Ｇを介して、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ることにより、風雑音の影響や近接効果が低減される。

この実施形態によると、後部音波導入口２４は、図２に示すように、１８０度対向する管壁部分にそれぞれ穿設されており、各後部音波導入口２４にも、例えばＮＢＣ社製ナイロンメッシュ＃２００からなる音響抵抗材（図示省略）が設けられている。

この狭指向性マイクロホン１は、後部音波導入口２４の音響抵抗を可変とする後部音響抵抗制御手段を備えるが、本発明では、後部音響抵抗制御手段に圧電バルブ４０を用いている。圧電バルブ４０は、音響管２内で後部音波導入口２４の各々に設けられる。

図３に模式的に示すように、圧電バルブ４０は、分極方向を逆にした２枚の圧電セラミックス４０ａ，４０ｂを中央電極板４０ｃを挟んで積層してなるバイモルフ型圧電アクチュエータで、電界を印加することにより変位する。

駆動電源には直流電源４１が用いられ、図示のように結線して電圧を印加することにより、一方の圧電セラミックスが長手方向に伸び、他方の圧電セラミックスが縮むことにより変位し、後部音波導入口２４に対する開閉弁として作用する。

コンデンサマイクロホンでは、通常、ファントム電源が用いられるため、上記直流電源４１をファントム電源から得るようにすれば、特に圧電バルブ４０用の駆動電源を用意する必要はない。

また、圧電バルブ４０の給電系には、給電スイッチ（オンオフスイッチ）４２が設けられるが、圧電バルブ４０の弁開度を連続的に可変とするため、給電スイッチ４２に対して可変抵抗素子４３を電圧調整手段として直列に接続することが好ましい。

圧電バルブ４０の給電線は、図２に示すマイクロホンユニット３のマイクコード３３とともに上記端板２３のコード挿通孔２３ａを通して音響管２から引き出される。

したがって、給電スイッチ４２および可変抵抗素子４３を音響管２から引き出された給電線に設けることにより、音響管２にウィンドスクリーンが被せられた場合でも、指向性を容易に可変することができる。

この実施形態における狭指向性マイクロホン１は、後部音波導入口２４が開放された状態のとき、その指向性が図４（ａ）のポーラパターンに示すハイパーカージオイドとなるように設計されている。

これに対して、圧電バルブ４０にて後部音波導入口２４を閉じたときには、その指向性が図４（ｂ）のポーラパターンに示すカージオイドとなる。

可変抵抗素子４３にて圧電バルブ４０の印加電圧を連続的に可変することにより、後部音波導入口２４と圧電バルブ４０との間の薄空気層による音響抵抗が連続して可変となるため、ハイパーカージオイドからカージオイドへの切り換え、カージオイドからハイパーカージオイドへの切り換えをリニアにすることができ、また、その中間のポーラパターンをも選択できる。

ここで、図５に示す音響機械的等価回路に基づいて、この狭指向性マイクロホン１の動作原理について説明する。なお、図５では後部音波導入口２４の音響抵抗ｒｂを可変抵抗で表している。

この音響機械的等価回路において、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２４との距離である。

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はユニット振動板の質量、ｓ０はユニット振動板のスチフネス、ｒ０はユニット振動板の制動抵抗、ｓ１はユニット背部気室の空気スチフネス、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２４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３の外周面と音響管の内周面との間にある隙間Ｇ内の音響質量である。

本発明によれば、圧電バルブ４０により、後部音波導入口２４の音響抵抗ｒｂを可変とすることにより、中低域の指向性がコントロールされる。例えば、音響抵抗ｒｂがｒｂ１〜ｒｂ２（ｒｂ１＜ｒｂ２）の範囲内で選択可能とすれば、音響抵抗ｒｂをｒｂ１とすることにより指向性がハイパーカージオイドとなり、これに対して音響抵抗ｒｂをｒｂ２とすることにより指向性がカージオイドとなる。

本発明の実施形態に係る狭指向性マイクロホンを示す平面図。図１のＡ−Ａ線断面図。圧電バルブを示す模式図。上記狭指向性マイクロホンのポーラパターンの２例を示す図で、（ａ）ハイパーカージオイドのポーラパターン図，（ｂ）カージオイドのポーラパターン図。上記狭指向性マイクロホンの音響機械的な等価回路図。

符号の説明

１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
２４後部音波導入口
３単一指向性マイクロホンユニット
３１前方音響端子
３２後方音響端子
４０圧電バルブ
４１直流電源
４２給電スイッチ
４３可変抵抗素子

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、上記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、上記音響管の後部音響容量室側に、上記マイクロホンユニットの上記後方音響端子に対する後部音波導入口と、上記後部音波導入口部分の音響抵抗を可変とする後部音響抵抗制御手段とが設けられている狭指向性マイクロホンにおいて、
上記後部音響抵抗制御手段として、直流電源から供給される印加電圧に応じて変位する圧電バルブが用いられていることを特徴とする狭指向性マイクロホン。
上記直流電源が、当該マイクロホンに動作電源を供給するファントム電源であることを特徴とする請求項１に記載の狭指向性マイクロホン。
上記圧電バルブに対する給電スイッチが、上記音響管以外の部分に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の狭指向性マイクロホン。
上記給電スイッチには、上記圧電バルブに印加する電圧をほぼ連続的に調整可能とする電圧調整手段が含まれていることを特徴とする請求項３に記載の狭指向性マイクロホン。