JP5237046B2

JP5237046B2 - 可変指向性マイクロホンユニットおよび可変指向性マイクロホン

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Publication number: JP5237046B2
Application number: JP2008271185A
Authority: JP
Inventors: 晴仁志村; 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: US20100098282A1; JP2010103637A; US8111856B2

Description

本発明は、物理的な構成および電気的な切り換え回路構成を簡単にすることができる可変指向性マイクロホンユニットおよび可変指向性マイクロホンに関するものである。

指向性を可変としたマイクロホンとして従来、２つのコンデンサ型マイクロホンエレメントを背中合わせにしたマイクロホンユニットを使用したものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。上記２つのマイクロホンエレメントはそれぞれのカージオイド特性を持っており、それぞれの出力を加減することにより、あるいは特許文献１に記載されているように各エレメントの成極電圧を加減することによって可変指向性にしている。

上記特許文献に記載されている可変指向性マイクロホンユニットに類似の従来の可変指向性マイクロホンユニットの例を図１１以下に示す。図１１ないし図１４において、符号２１，４１は個別に構成された二つのコンデンサーマイクロホンエレメントを示しており、これらコンデンサーマイクロホンエレメント２１，４１が背中合わせ状に結合されて可変指向性コンデンサーマイクロホンユニットを構成している。符号２２はダイヤフラム状の振動板を示している。振動板２２は周縁部が振動板保持リング２３の一面側に固着され、振動板２２と振動板保持リング２３で振動板組立体を構成している。振動板保持リング２３は導電材料からなり、これに重ねて複数の音響端子孔２４１を有する電極板２４が配置されている。電極板２４には、振動板２２と電気的に道通する電極２５が固定されている。振動板２２は振動板保持リング２３に一体に保持された形でごく薄い絶縁体からなるリング状のスペーサ２７を介して円板状の固定電極２６の上に載せられ、振動板２２と固定電極２６の上面とが、スペーサ２７の厚さに相当する微小な隙間をおいて対向している。スペーサ２７は、振動板２２と固定電極２６との間に、それらの外周近くにおいて介在している。

固定電極２６は、絶縁性のベース３０の上に受けリング２８を介して載せられている。ベース３０には、図において上下両面の外周縁に沿って円形の突堤３１，３２が形成されていて、突堤３１の内周側に受けリング２８と固定電極２６が落とし込まれている。ベース３０の上下両面は中心部に向かって連続的に深くなるように窪んでいて、中心には上下を貫く孔が形成され、この孔には音響抵抗材３４が嵌め込まれている。固定電極２６の上面は上記突堤３１の上面より上に突出していて、この固定極２６の上に、スペーサ２７、振動板保持リング２３と振動板２２からなる振動板組立体、電極板２４がこの順に重ねられている。電極板２４と上記振動板組立体の外周には押さえリング２９が嵌められ、押さえリング２９はベース３０の突堤３１の外周に嵌合され適宜の固着手段によって固着されている。押さえリング２９の上端部は内向き突縁部２９１となっていて、この内向き突縁部２９１が電極板２４を下方に押すことにより上記各部材をベース３０に向かい押し付けて固定している。このようにして一つのマイクロホンエレメント２１を構成している。

電極板２４の前記音響端子孔２４１はマイクロホンエレメント２１の前部音響端子となっている。固定極２６にも複数の孔が形成され、これらの孔を通じて振動板２２の背後の空間がベース３０の上面側の窪みで形成されている空間と連通し、さらに、音響抵抗３４を介してベース３０の下面側の窪みで形成されている空間と連通している。

以上説明した一つのマイクロホンエレメント２１に背中合わせ状に結合されている他の一つのマイクロホンエレメント４１も、マイクロホンエレメント２１と同様に構成されている。符号４２は振動板、４３は振動板保持リング、４４は電極板、４５は電極、４６は固定電極、４７はスペーサ、４８は受けリング、４９は押えリングをそれぞれ示している。符号４４１は、複数の孔からなる前部音響端子、４９１は押さえリング４９の内向き突縁部を示している。マイクロホンエレメント２１を構成する部材の名称と一致する部材は、マイクロホンエレメント２１における部材と同様に構成され、ベース３０の下面側に、マイクロホンエレメント２１と対をなすマイクロホンエレメント４１が組み付けられている。各マイクロホンエレメント２１、４１の振動板２２，４２には個別に成極電圧が印加される。

図１５は、上記マイクロホンユニットの等価回路で、音響抵抗材３４の音響抵抗ｒ１によって二つのマイクロホンエレメントが結合された形になっている。音響抵抗ｒ１を挟んで左側をマイクロホンユニット２１とし、右側がマイクロホンユニット４１とする。Ｐ_１，ｍ_０Ａ，Ｓ_０Ａ，ｒ_０Ａ，Ｓ_１Ａはそれぞれマイクロホンユニット２１の音圧、前部空気室の質量、スティフネス、音響抵抗、固定電極の孔およびこれに連通する後部空気室のスティフネスをそれぞれ示している。Ｐ_２，ｍ_０Ｂ，Ｓ_０Ｂ，ｒ_０Ｂ，Ｓ_１Ｂはそれぞれマイクロホンユニット４１の音圧、前部空気室の質量、スティフネス、音響抵抗、固定電極の孔およびこれに連通する後部空気室のスティフネスをそれぞれ示している。

図１６は、上記従来の可変指向性マイクロホンユニットに適用可能な指向性切り換え回路の例を示す。２個一対のマイクロホンエレメント２１，４１のうち一方の振動板には一定の成極電圧を印加し、他方のマイクロホンエレメントの振動板に印加する成極電圧を切り換えることにより、マイクロホンユニットの指向性を切り換えることができるようになっている。図１６に示す例では、＋６０Ｖの直流電源と−６０Ｖの直流電源を備え、一方のマイクロホンエレメントの振動板には常時＋６０Ｖ印加されるようになっている。＋６０Ｖと−６０Ｖの電源はそれぞれ２段階（例えば、６０Ｖと３０Ｖ）に分圧され、０Ｖも含めて５段階の電圧が生成されるようになっている。この５段階の電圧をスイッチで選択して他方のマイクロホンエレメントの振動板に印加するように構成されている。双方のエレメントの固定電極（「バックプレート」ともいう）には０Ｖが印加される。

図１７は、上記スイッチで成極電圧を切り換えることによって得られるマイクロホンユニットの指向特性の例を示す。図１６に示すスイッチが接点１を選択すると、一方のマイクロホンエレメントの成極電圧が＋６０Ｖであるのに対し、他方のマイクロホンエレメントの成極電圧が−６０Ｖとなり、図１７の「１」に示すような双指向特性すなわち正面のマイクロホンエレメントの出力から背面のマイクロホンエレメントの出力を減算した指向特性のマイクロホンユニットとなる。上記スイッチが接点２を選択すると、他方のマイクロホンエレメントの成極電圧が−６０Ｖと０Ｖとの間の電圧（例えば−３０V）となり、図１７の「２」に示すようなハイパーカージオイド指向特性のマイクロホンユニットとなる。上記スイッチが接点３を選択すると、他方のマイクロホンエレメントの成極電圧が０Ｖとなり、図１７の「３」に示すようなカージオイド指向特性すなわち正面のマイクロホンエレメントのみから出力するマイクロホンユニットとなる。上記スイッチが接点４を選択すると、他方のマイクロホンエレメントの成極電圧が０Ｖと＋６０Ｖとの間の電圧（例えば３０V）となり、図１７の「４」に示すようなワイドカージオイド指向特性のマイクロホンユニットとなる。上記スイッチが接点５を選択すると、他方のマイクロホンエレメントの成極電圧が＋６０Ｖとなり、図１７の「５」に示すような無指向性のすなわち正面のマイクロホンエレメントの出力に背面のマイクロホンエレメントの出力を加算した指向特性のマイクロホンユニットとなる。

以上説明した従来の可変指向性マイクロホンは、２個のマイクロホンエレメントを背中合わせにし、一方のエレメントの成極電圧を可変することによって、あるいは、既に述べたように各エレメントの出力レベルを可変することによって可変指向性としている。しかし、このように回路的な可変によって指向特性を可変とするには、回路複雑になるという難点がある。
上記のような構成の可変指向性マイクロホンによって得られる指向特性は、一般的にはカージオイド、双指向性、無指向性である。対をなすマイクロホンエレメントの出力の混合比や成極電圧をさらに細かく可変することによって上記指向特性の中間に調整することもできるが、回路構成がさらに複雑になる。
図１６に示す例によれば、指向性を数段階にわたって切り換えることができるが、電圧を数段階にわたって生成することができるように電源回路を構成しておき、これらの電圧を選択できるようにする必要があり、回路構成が複雑になる。

ステージなどで多く用いられている手持ちタイプのマイクロホンの指向特性はカージオイドとハイパーカージオイドである。どの指向特性のマイクロホンを使用するかは、好みの音色によって、あるいはハウリング防止上どれが有効か、などの視点から決められる。前述のような可変指向性マイクロホンユニットを用いることも考えられるが、手持ちのマイクロホン内に前述のような複雑な構成の切り換え回路を内蔵することは困難である。
そこで、簡単な回路構成で、カージオイド、ハイパーカージオイドあるいはスーパーカージオイドを任意に選択できるマイクロホンの実現が望まれている。

特開平７−１４３５９５号公報特開２００８−６７２８６号公報

本発明は、これまで述べてきたような従来技術の問題点を解消するために考えられたもので、指向性を切り換えるための回路構成を簡単にしてマイクロホン内に組み込むことを可能にした可変指向性マイクロホンユニットおよび可変指向性マイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、可変指向性マイクロホンユニットに関するものであって、絶縁板を挟んで両面に互いに絶縁してバックプレートが形成され、上記二つのバックプレートにそれぞれ一定の空隙を保ち振動板が対向して配置されることによって上記絶縁板の両面に電気的に独立した二つのコンデンサエレメントが形成され、それぞれのバックプレートから電気音響変換信号を取り出すことができるようにそれぞれのバックプレートとこれに対向する振動板との間に成極電圧が印加され、上記二つのコンデンサエレメントは、それぞれのバックプレートに複数の孔が形成されていることによって上記二つの振動板が音響的に直列接続されていて、上記二つのコンデンサエレメントのうち、一方のコンデンサエレメントの振動板の背後には、音響抵抗材が配置されている、ことを最も主要な特徴とする。

一方のコンデンサエレメントから見ると他方のコンデンサエレメントの振動板とバックプレートの複数の孔からなる空隙部が音響抵抗として作用し、一方のコンデンサエレメントの指向性は双指向性寄りになり、例えばハイパーカージオイドの指向性とすることができる。二つのコンデンサエレメントの出力の一方を選択し、あるいは双方のコンデンサエレメントの出力を混合することにより、指向特性を変えることができる。双方のコンデンサエレメントの出力を選択し、あるいは混合するのみであるため、回路構成を簡略化することができ、マイクロホンユニットの機械的な構成も簡略化することができる。

以下、本発明に係る可変指向性マイクロホンユニットおよび可変指向性マイクロホンの実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１乃至図４において、符号６０は絶縁板を示している。この絶縁板６０の両面には互いに絶縁されてバックプレート５６，７６が形成され、これら二つのバックプレート５６，７６にそれぞれ一定の空隙を保って振動板５２，７２が配置されることにより、絶縁板６０の両面に、電気的に独立した二つのコンデンサエレメント５１，７１が形成されている。絶縁板６０とバックプレート５６，７６は、例えばプリント回路基板と同様の製作手法で製作することができる。すなわち、絶縁材からなる基板の両面に導電性の回路パターンを形成し、このパターンをバックプレート５６，７６とする。振動板５２，７２は樹脂の薄膜からなるダイヤフラム状の部材で、それぞれリング状の振動板保持リング５３，７３の一面側に固着されてそれぞれ振動板組み立て体を構成している。
なお、二つのバックプレート５６，７６は一つの絶縁板６０の両面に形成されている構成に限定されるものではなく、それぞれ個別の絶縁板の一面に形成され、二つの絶縁板はバックプレートが形成されていない面が接合されているものであってもよい。

上記各振動板組み立て体は、振動板５２，７２をバックプレート５６，７６側に向け、かつ、バックプレート５６，７６との間にリング状のスペーサ５７，７７をそれぞれ介在させて対向している。したがって、各振動板５２，７２とバックプレート５６，７６の間にはスペーサ５７，７７の厚み分の僅かな間隙が形成され、振動板５２，７２とバックプレート５６，７６でそれぞれ電気的に独立したコンデンサエレメント５１，７２を構成している。振動板５２とバックプレート５６間、振動板７２とバックプレート７６間にそれぞれ成極電圧を印加すると、バックプレート５６，７６からそれぞれ電気音響変換された信号を取り出すことができる。

絶縁板６０には、これを厚さ方向（図２、図４において上下方向）に貫く複数の孔６０１が形成されている。また、図面上明確ではないが、各バックプレート５６，７６にも例えば上記各孔６０１と同じ位置にかつ各孔６０１と同じ大きさで複数の孔が形成されている。したがって、双方の振動板５２，７２がバックプレート５６，７６の上記孔と絶縁板６０の孔６０１を通じて音響的に直列接続されていることになる。

コンデンサエレメント５１，７２はベース５４の一面側（図２、図４において下面側）に形成されている円形の凹陥部５４２に嵌められている。より具体的には、振動板５２と振動板保持リング５３からなる振動板組み立て体、スペーサ５７、バックプレート５６，７６を有する絶縁体６０、スペーサ７７、振動板７２と振動板保持リング７３からなる振動板組み立て体がこの順にベース５４の凹陥部５４２に嵌められている。さらに、これらの部材とベース５４の一端面（図２、図４において下面）を覆って押さえ板７８が被せられ、押さえ板７８の外周縁部の適宜の複数箇所においてベース５４にねじ止めされることにより、上記各部材がベース５４に向かって押し付けられた状態で固定されている。押さえ板７８には、音波を導き入れるための孔が複数形成されている。絶縁体６０の一部は半径方向外方に突出し、この突出部の両面に、バックプレート５６，７６を外部に電気的に接続するための端子パターン５６１，７６１が形成されている。ベース５４は、凹陥部５４２を囲む円形の突堤の一部が切り欠かれ、この切り欠き部から絶縁体６０の上記突出部が外方に突出している。

ベース５４には、これを厚さ方向に貫く複数の孔５４１が形成され、これらの孔５４１はコンデンサエレメント５１の振動板５２の前方に配置された音響端子として機能している。また、ベース５４の上記凹陥部５４２形成面とは反対側の面には浅い凹陥部５４３が形成されていて、この凹陥部５４３には上記孔５４１を覆う板状の音響抵抗材５５が嵌められている。音響抵抗材５５とベース５４の図２、図４における上面を覆って押さえ板５８が被せられ、押さえ板５８の外周縁部の適宜の複数箇所においてベース５４にねじ止めされ、また押さえ板５８の中心部がねじ５９でベース５４にねじ止めさることにより、音響抵抗材５５と押さえ板５８がベース５４に固定されている。押さえ板５８には、音波を導き入れるための孔が複数形成されている。

以上説明したように、一方のコンデンサエレメント５１の振動板５２の背後に音響抵抗材５５が配置されている。音響抵抗材５５が配置されている側、したがって図２、図４において上側を背面側すなわち音波の進入の向きに対し１８０度とし、音響抵抗材５５が配置されていない側を正面側すなわち音波の進入の向きに対し０度とする。上記実施例の構成によれば、正面側のコンデンサエレメント７１の指向性よりも、背面側のコンデンサエレメント５１の指向性が双指向性寄りになる。その理由は、正面側コンデンサエレメント７１と背面側コンデンサエレメント５１とで、前側の音響抵抗材５５の有無による。すなわち、正面側コンデンサエレメント７１は、前側に音響抵抗材５５がなく、後ろ側には背面側コンデンサエレメント５１の振動板５２とバックプレート５６および絶縁体６０の空隙部からなる音響抵抗ｒ_０Ｂと音響抵抗材５５の音響抵抗ｒ_１が存在し、一方、背面側コンデンサエレメント５１は、前側に正面側コンデンサエレメント７１の振動板７２とバックプレート７６および絶縁体６０の空隙部からなる音響抵抗ｒ_０Ａ（＝ｒ_０Ｂ）が存在し、後ろ側には音響抵抗材５５の音響抵抗ｒ_１が存在するからである。要するに、正面側コンデンサエレメント７１と背面側コンデンサエレメント５１とでは、前後の音響抵抗の比率に差があるからであり、背面側コンデンサエレメント５１からみれば、その前側に空気層（正面側コンデンサエレメント７１の振動板７２とバックプレート７６との間の薄空気層）があり、これが前側の音響抵抗となって、正面側コンデンサエレメント７１よりも指向特性を双指向性側にする要因となっている。

そこで、正面側コンデンサエレメント７１の出力が例えばカージオイドの指向性となるように音響抵抗材５５の音響抵抗値を調整したとする。背面側コンデンサエレメント５１からみると、正面側コンデンサエレメント７１の振動板５２とバックプレート７６および絶縁体６０の空隙部が前部音響抵抗として作用し、指向性が双指向性寄りになる。したがって、背面側のコンデンサエレメント５１からはハイパーカージオイドの指向特性をもった出力を得ることができる。

このように、図示の実施例によれば、前後のコンデンサエレメント５１，７１の出力を選択的に切り換えることにより、また、双方の出力を混合することにより、容易に可変指向性とすることができる。また、上記のように、正面側のコンデンサエレメント５１の指向性に対し背面側のコンデンサエレメントからは双指向性寄りの特性を持った出力を得ることができるため、音響抵抗材５５の抵抗値を調節することにより、ワイドカージオイドとカージオイドとの切り換え、あるいはカージオイドとハイパーカージオイドとの切り換えなども実現することができる。

図５は上記実施例の等価回路で、二つのマイクロホンエレメント５１，７１と音響抵抗材５５の音響抵抗ｒ１が音響的に直列に結合された形になっている。Ｐ_１，ｍ_０Ａ，Ｓ_０Ａ，ｒ_０Ａ，Ｓ_１Ａはそれぞれマイクロホンユニット７１の音圧、前部空気室の質量、スティフネス、音響抵抗、固定電極の孔およびこれに連通する後部空気室のスティフネスをそれぞれ示している。Ｐ_２，ｍ_０Ｂ，Ｓ_０Ｂ，ｒ_０Ｂ，Ｓ_１Ｂはそれぞれマイクロホンユニット５１の音圧、前部空気室の質量、スティフネス、音響抵抗、固定電極の孔およびこれに連通する後部空気室のスティフネスをそれぞれ示している。

図６は、上記実施例に適用することができる指向性切り換え可能なコンデンサマイクロホンの回路例で、前側コンデンサエレメント７１と背面側コンデンサエレメント５１をスイッチ８０で選択して、マイクロホンユニットの出力の指向性を切り換えることができるようになっている。図１６に示すような従来の可変指向性マイクロホンユニットに適用される回路と比較すると、電圧を数段階に区分した電圧源を設ける必要がなく、回路構成が簡略化される利点がある。指向性の切り換え回路以外の部分は本発明と直接的な関係はないので説明は省略する。

図７乃至図１０は、上記実施例によって得られる指向特性と周波数特性を示す。図７、図８は前側コンデンサエレメント７１の指向特性と周波数特性を示している。指向特性はカージオイドになっている。図８の周波数特性は、音波の進入方向に対し、０度、９０度、１８０度で測定している。
図９、図１０は背面側コンデンサエレメント５１の指向特性と周波数特性を示している。前側コンデンサエレメント７１に含まれる音響抵抗ｒ_０Ａが背面側コンデンサエレメント５１に対しては前部音響抵抗として作用し、背面側コンデンサエレメント５１の指向特性は、前側コンデンサエレメント７１の指向特性と対比すると双指向性寄りになり、図９に示すようにハイパーカージオイドの指向性となる。図１０の周波数特性は、音波の進入方向の対し、０度、９０度、１３５度で測定している。

以上説明してきたマイクロホンユニットは、これをマイクロホンケースに組み込み、また、図６に示すような回路をマイクロホンケースに組み込むことにより、可変指向性マイクロホンを構成することができる。上記回路は、可変指向性マイクロホンユニットを構成する二つのコンデンサエレメントの出力の一方を選択しまたは混合することができるスイッチを含み、このスイッチをマイクロホンケースに取り付けておけば、ユーザーは、スイッチ操作によって好みの指向性を任意に選択することができる。

本発明に係る可変指向性マイクロホンユニットの実施例を示す背面図である。上記可変指向性マイクロホンユニットの縦断面図である。上記可変指向性マイクロホンユニットの正面図である。上記可変指向性マイクロホンユニットの分解縦断面図である。上記可変指向性マイクロホンユニットの音響的な等価回路図である。上記可変指向性マイクロホンユニットを適用可能な可変指向性マイクロホンの回路図である。上記可変指向性マイクロホンユニットの前側コンデンサエレメントの指向性を示す特性線図である。上記前側コンデンサエレメントの周波数特性を示す特性線図である。上記可変指向性マイクロホンユニットの背面側コンデンサエレメントの指向性を示す特性線図である。上記背面側コンデンサエレメントの周波数特性を示す特性線図である。従来の可変指向性マイクロホンユニットの例を示す背面図である。上記従来の可変指向性マイクロホンユニットの縦断面図である。上記従来の可変指向性マイクロホンユニットの正面図である。上記従来の可変指向性マイクロホンユニットの分解縦断面図である。上記従来の可変指向性マイクロホンユニットの音響的な等価回路図である。上記従来の可変指向性マイクロホンユニットを適用可能な可変指向性マイクロホンの回路図である。成極電圧を切り換えることによって得られるマイクロホンユニットの指向特性の各種例を示すグラフである。

符号の説明

５１コンデンサエレメント
５２振動板
５３振動板保持リング
５４ベース
５５音響抵抗材
５６バックプレート
６０絶縁体
７１コンデンサエレメント
７２振動板
７３振動板保持リング
７６バックプレート

Claims

絶縁板を挟んで両面に互いに絶縁してバックプレートが形成され、
上記二つのバックプレートにそれぞれ一定の空隙を保ち振動板が対向して配置されることによって上記絶縁板の両面に電気的に独立した二つのコンデンサエレメントが形成され、
それぞれのバックプレートから電気音響変換信号を取り出すことができるようにそれぞれのバックプレートとこれに対向する振動板との間に成極電圧が印加され、
上記二つのコンデンサエレメントは、それぞれのバックプレートに複数の孔が形成されていることによって上記二つの振動板が音響的に直列接続されていて、
上記二つのコンデンサエレメントのうち、一方のコンデンサエレメントの振動板の背後には、音響抵抗材が配置されている、
ことを特徴とする可変指向性マイクロホンユニット。
上記二つのバックプレートは一つの絶縁板の両面に形成されている請求項１記載の可変指向性マイクロホンユニット。
上記二つのバックプレートはそれぞれ個別の絶縁板の一面に形成され、上記二つの絶縁板はバックプレートが形成されていない面が接合されている請求項１記載の可変指向性マイクロホンユニット。
上記音響抵抗材が配置されている側を背面側とし、上記音響抵抗材が配置されていない側を正面側として、
正面側の上記コンデンサエレメントの出力がカージオイドの指向性となるように上記音響抵抗材の音響抵抗が調整されている、
請求項１乃至３のいずれかに記載の可変指向性マイクロホンユニット。
可変指向性マイクロホンユニットがマイクロホンケースに組み込まれた可変指向性マイクロホンであって、
上記可変指向性マイクロホンユニットは、請求項１乃至４のいずれかに記載の可変指向性マイクロホンユニットであることを特徴とする可変指向性マイクロホン。
可変指向性マイクロホンユニットがマイクロホンケースに組み込まれた可変指向性マイクロホンであって、
上記可変指向性マイクロホンユニットは請求項１乃至４のいずれかに記載の可変指向性マイクロホンユニットであり、可変指向性マイクロホンユニットを構成する二つのコンデンサエレメントの出力の一方を選択しまたは混合することによって指向特性を切り換えることができる切り換え回路を備えていることを特徴とする可変指向性マイクロホン。