JP5701142B2 - マイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、感度を高めるために複数のマイクロホンユニットを使用したマイクロホンに関するものである。

大口径の振動板を持っているマイクロホンは、感度が高く、低音域まで電気音響変換することができる。これに対して小口径の振動板を持っているマイクロホンは、高音域まで電気音響変換することができるが、出力レベルが低い、すなわち感度が低い難点がある。

そこで、本発明者らは、マイクロホンの感度を高めながら信号対雑音比（ＳＮ比）を向上させるなど、マイクロホンの性能を高めるために、複数のマイクロホンユニットを使用することを提案した。特許文献１、特許文献２記載の発明がそれである。特許文献１には、口径が２０ｍｍ以下である複数個の単一指向性コンデンサマイクロホンカプセルと、一つのインピーダンス変換器とを含み、各コンデンサマイクロホンカプセルを、それらの主軸が互いに平行になるように、かつ、各マイクロホンカプセルの振動板が同一平面上に存在するように配置し、各マイクロホンカプセルを一つの上記インピーダンス変換器に接続してなるコンデンサマイクロホンが記載されている。

図５は、特許文献１に記載されているコンデンサマイクロホンとほぼ同様の技術思想のもとに構成されたコンデンサマイクロホンの例を示す。図５において、コンデンサマイクロホンは、符号５１〜５５を付して示す５個のコンデンサマイクロホンユニットを有してなる。各コンデンサマイクロホンユニット５１〜５５は、音波を受けて振動する振動板とこの振動板に対向させて配置された固定極を有してなるコンデンサマイクロホンカプセル５１１〜５５１と、それぞれのマイクロホンカプセルによる電気音響変換出力のインピーダンスを低インピーダンスに変換するインピーダンス変換器５１２〜５５２を有してなる。各インピーダンス変換器５１２〜５５２は能動素子としてＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を有してなる自己バイアス型のインピーダンス変換器である。各インピーダンス変換器５１２〜５５２を構成するＦＥＴのドレインには電圧源から直流電圧ＶＣＣが印加され、上記各ＦＥＴのソースはそれぞれ抵抗５１３〜５５３を介してグランドに接続されている。

各コンデンサマイクロホンユニット５１〜５５による電気音響変換信号は、上記各ＦＥＴのソースから、コンデンサ５１４〜５５４および抵抗５１５〜５５５を経て出力され、これらの出力は加算器６０の反転入力端子に入力されるように回路構成されている。加算器６０は、各コンデンサマイクロホンユニット５１〜５５による変換出力信号を加算し、この加算信号がマイクロホンの出力信号となる。図５において符号Ｐは音源を示している。各マイクロホンカプセル５１１〜５５１の振動板は同一平面上に位置するように、かつ、それぞれの収音軸が平行になるように配置されている。

特許文献２には、それぞれの振動板が同一平面上に配置された複数のコンデンサマイクロホンユニットを有し、一つのコンデンサマイクロホンユニットに接続されているインピーダンス変換器の出力が別のコンデンサマイクロホンユニットの接地側を駆動するように、各コンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されているコンデンサマイクロホンが記載されている。

特許文献１記載のコンデンサマイクロホンによれば、音響端子間距離が短くかつ高い周波数まで指向周波数応答が良好なマイクロホンユニットを複数並列接続することにより、良好な指向周波数応答を保ったまま、有効静電容量を増加することができ、固有雑音を低下させることができる。特許文献２記載のコンデンサマイクロホンによれば、複数のマイクロホンユニットを直列に接続することにより、各コンデンサマイクロホンユニットの出力が加算され、感度が高まるとともにＳＮ比が向上する効果がある。

一般的に、マイクロホンは出力レベルが低いため外部から侵入する電気的雑音の影響を受けやすい。そこで、電気的雑音の侵入による影響を受けにくい平衡伝送方式が採用されている。特許文献２には、合計４個のマイクロホンユニットを用い、二つのユニットを直列に接続してその出力を平衡伝送のホット側、他の二つのユニットを逆極性にして直列に接続してその出力を平衡伝送のコールド側としたコンデンサマイクロホンの実施例が記載されている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されているような、複数のマイクロホンユニットを用いるマイクロホンには、以下のような改良すべき点があることが分かった。すなわち、各マイクロホンの振動板は同一平面上に配置されているため、各振動板から音源までの距離が等しければ問題はないが、各振動板から音源までの距離に差があると、音源から出た音波がそれぞれのマイクロホンユニットの音響端子に到達するのに要する時間に差が生じる。例えば、各マイクロホンユニットの収音軸に対し９０度方向に存在する音源を想定すると、この音源から音波が出た時点から各マイクロホンユニットの音響端子に到達するまでに要する時間に差を生じる。このようにして、上記収音軸に対し０度方向又は１８０度方向以外の方向にある音源からの音波については各マイクロホンユニットの音響端子に到達するのに時間差を生じる。時間差が生じている音波を電気信号に変換した各マイクロホンユニットの出力信号を加算して得られる信号波形は、音源の波形と異なったものになり、音源の方向に応じて音質差を生じる。

平衡伝送を行うために、ホット側信号を出力するためのマイクロホンユニットとコールド側信号を出力するためのマイクロホンユニットを設けた場合、各マイクロホンユニットの収音軸に対し９０度方向からの音波が各マイクロホンユニットの音響端子に同時に到達すれば何ら問題はない。しかし、収音軸外の音源から発せられる音波が上記各マイクロホンユニットの音響端子に到達するのに要する時間には差があり、この時間差に応じて各マイクロホンユニットの振動板に対する音圧傾度が発生し、各マイクロホンユニットの振動板の駆動力に周波数依存性が発生する。この周波数依存性により上記の音質差を生じることになる。

図６、図７は、上記時間差を生じない場合と時間差を生じる場合の違いを示している。図６、図７において、符号６１、７１はマイクロホンユニットを示している。マイクロホンユニット６１の出力信号はインピーダンス変換器６２を経て平衡出力のホット側出力信号、マイクロホンユニット７１の出力信号はインピーダンス変換器７２を経て平衡出力のコールド側信号として伝送されるようになっている。符号Ｐｏ、Ｐｏ′は音源を示しており、音源Ｐｏはマイクロホンユニット６１、７１の振動板からの距離が等しい位置にある場合を、音源Ｐｏ′はマイクロホンユニット６１、７１の振動板からの距離が異なっている場合を示している。音源Ｐｏからの音波がマイクロホンユニット６１、７１に到達するのに要する時間は等しいため、上記のような音質差は生じない。音源Ｐｏ′からの音波がマイクロホンユニット６１、７１に到達するのに要する時間には差が生じるため、ホット側出力信号とコールド側出力信号に、上記のような周波数依存性による音質差が生じる。

図８は、複数のマイクロホンユニットを用い、各マイクロホンユニットの出力を加算するように構成した従来のコンデンサマイクロホンの指向周波数応答特性を、図９は周波数特性を示す。図８に示す指向周波数応答特性は、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、５０００Ｈｚの各周波数について測定したものである。図９に示す周波数特性は、音源が収音軸に対して０度、９０度、１８０度、２７０度の各角度にある場合について測定したものである。

音楽などの録音に用いられる楽音収音用マイクロホンは、収音軸上にある音源の収音が重要であるが、音源から発せられた音波は直接マイクロホンに向かうものばかりでなく、壁などで反射されて、収音軸とは異なった角度からマイクロホンに向かうものもある。また、合奏や合唱など、複数の音源が広い範囲に広がっている場合には、収音軸以外から入ってくる音波に対する指向周波数応答特性が良好であることが求められる。かかる観点から図８を参照すると、特に高音域での指向周波数応答特性が乱れており、楽音収音用マイクロホンとして改善の余地がある。また、図９を参照すると、収音軸以外から入ってくる音波に対する周波数特性を改善する必要がある。

特開２００６−５７１０号公報 特開２０１１-１００４６号公報

本発明は、以上説明した従来技術の課題を解決すること、すなわち、複数個のマイクロホンユニットを有し、各マイクロホンユニットの出力を加算するマイクロホンであり、かつ、平衡出力するマイクロホンにおいて、各マイクロホンユニットの収音軸以外にある音源から入ってくる音波の各マイクロホンユニットに到達する時間の差を小さくして、ホット側出力信号とコールド側出力信号の音質差を小さくすることを目的とする。

本発明は、偶数個のマイクロホンユニットを有し、偶数個のマイクロホンユニットは、第１群のマイクロホンユニットと第２群のマイクロホンユニットに分けられ、第１群に属するマイクロホンユニットのそれぞれと第２群に属するマイクロホンユニットのそれぞれが周方向に交互に配置され、第１群に属するマイクロホンユニットの出力が加算されかつ第２群に属するマイクロホンユニットの出力が加算されるように、第１群のマイクロホンユニット同士が直列接続されかつ第２群のマイクロホンユニット同士が直列接続され、第１群のマイクロホンユニットの加算出力と第２群のマイクロホンユニットの加算出力の一方が平衡出力のホット側出力、他方が平衡出力のコールド側出力となっていることを最も主要な特徴とする。

音源が各マイクロホンユニットの収音軸からずれた位置にあっても、第１群に属するマイクロホンユニットと第２群に属するマイクロホンユニットが交互に配置されているため、音源から第１群に属する各マイクロホンユニットへの音波の到達時間と、音源から第２群に属する各マイクロホンユニットへの音波の到達時間との差が小さくなり、第１群に属する各マイクロホンユニットの加算出力と第２群に属する各マイクロホンユニットの加算出力との音質差を小さくすることができる。

本発明に係るマイクロホンの一実施例を回路構成とともに概略的に示すモデル図である。 本発明に係るマイクロホンの別の実施例を概略的に示すモデル図である。 本発明に適用可能な複数のマイクロホンユニットの接続例を示す回路図である。 本発明に係るマイクロホンを構成する複数のマイクロホンユニットの配置例を示す平面図である。 複数のマイクロホンユニットを使用する従来のマイクロホンの接続例を示す回路図である。 複数のマイクロホンユニットを使用する従来のマイクロホンの例を収音軸方向から見たモデル図である。 上記従来のマイクロホンの例を収音軸に直交する方向から見たモデル図である。 複数のマイクロホンユニットを使用する従来のマイクロホンによって得られる指向周波数応答特性を示すグラフである。 上記従来のマイクロホンによって得られる周波数特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る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は本発明に係るマイクロホンの第１実施例を示す。この実施例は偶数個である４個のマイクロホンユニット１１，２１，１２，２２を有している。図１において、紙面に直交する方向が各マイクロホンユニット１１，２１，１２，２２の指向軸方向となっていて、各マイクロホンユニット１１，２１，１２，２２は、それらの指向軸が互いに平行になるように配置されている。したがって、各マイクロホンユニット１１，２１，１２，２２が有する振動板は紙面と平行であり、かつ、同一平面上に位置するように配置されている。

４個のマイクロホンユニット１１，２１，１２，２２は、２個のマイクロホンユニット１１、１２からなる第１群のマイクロホンユニットと、２個のマイクロホンユニット２１、２２からなる第２群のマイクロホンユニットに分けられている。４個のマイクロホンユニット１１，２１，１２，２２は、収音軸方向から見て周方向に上記ユニット１１，２１，１２，２２の順に配置されている。したがって、収音軸方向から見た各マイクロホンユニット１１，２１，１２，２２の中心位置を結ぶ線は四角形を描いていて、第１群に属するマイクロホンユニット１１，１２と第２群に属するマイクロホンユニット２１，２２が、上記四角形の対角位置に配置されている。換言すれば、第１群に属するマイクロホンユニット１１，１２と第２群に属するマイクロホンユニット２１，２２が周方向に交互に配置されている。

本発明のマイクロホンに使用するマイクロホンユニットの形式は限定されないが、本実施例における各マイクロホンユニット１１，２１，１２，２２は、音波を受けて振動する振動板とこの振動板に対向させて配置された固定極を有してなるコンデンサマイクロホンカプセルを有するコンデンサマイクロホンユニットである。第１群に属するマイクロホンユニット１１、１２は、これらマイクロホンユニットに含まれるコンデンサマイクロホンカプセルで電気音響変換されて出力される信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換器１３，１４を備えている。また、第２群に属するマイクロホンユニット２１、２２は、これらマイクロホンユニットに含まれるコンデンサマイクロホンカプセルで電気音響変換されて出力される信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換器２３，２４を備えている。

インピーダンス変換器１３でインピーダンス変換されるマイクロホンユニット１１の出力信号は、マイクロホンユニット１２が有するコンデンサマイクロホンカプセルの接地側を駆動するように、第１群に属する２個のコンデンサマイクロホンユニット１１，１２が直列に接続されている。そして、マイクロホンユニット１２に含まれるインピーダンス変換器１４から平衡出力のホット側信号が出力されるように回路構成されている。同様に、インピーダンス変換器２３でインピーダンス変換されるマイクロホンユニット２２の出力信号は、マイクロホンユニット２１が有するコンデンサマイクロホンカプセルの接地側を駆動するように、第２群に属する２個のコンデンサマイクロホンユニット２２，２１が直列に接続されている。ただし、第２群に属する２個のコンデンサマイクロホンユニット２２，２１の出力は、第１群に属する２個のコンデンサマイクロホンユニット１１，１２の出力に対して逆極性になるように接続されている。そして、マイクロホンユニット２１に含まれるインピーダンス変換器２４から平衡出力のコールド側信号が出力されるように回路構成されている。

図１において、符号Ｐｏ、Ｐｏ′、Ｐｏ″は音源を示している。これらの音源Ｐｏ、Ｐｏ′、Ｐｏ″が第１群と第２群のマイクロホンユニットに対し音波が時間差を生じて到達する位置にあっても、第１群に属するマイクロホンユニットと第２群に属するマイクロホンユニットが交互に配置されているため、第１群に属するマイクロホンユニットに対して音波が到達する平均時間と、第２群のマイクロホンユニットに属するマイクロホンユニットに対して音波が到達する平均時間とでは差が小さくなる。したがって、第１群に属する２個のマイクロホンユニット１１，１２の加算出力であるホット側信号と、第２群に属するマイクロホンユニット２１，２２の加算出力であるコールド側信号との音質差を小さくすることができる。

次に、図２に示す第２実施例について説明する。図２において、符号３１，３２，３３，３４，３５は第１群に属する５個のマイクロホンユニットを、符号４１．４２．４３，４４，４５は第２群に属する５個のマイクロホンユニットを示している。図２において、紙面に直交する方向が各マイクロホンユニットの指向軸方向で、各マイクロホンユニットは、それらの指向軸が互いに平行になるように、かつ、一つの円周に沿って等間隔に配置されている。各マイクロホンユニットが有する振動板は紙面と平行であり、かつ、同一平面上に位置するように配置されている。この実施例におけるマイクロホンユニットもコンデンサマイクロホンユニットである。第１群に属するマイクロホンユニット３１〜３５と、第２群に属するマイクロホンユニット４１〜４５が周方向に交互に配置されている。

図示されていないが、各マイクロホンユニットは図示されないインピーダンス変換器を有していて、各マイクロホンユニットにより電気音響変換される音声信号は上記インピーダンス変換器でインピーダンス変換されて出力されるようなっている。第１群に属するマイクロホンユニット３１〜３５は直列的に接続されて各マイクロホンユニット３１〜３５の出力信号が加算されて出力されるようになっている。より具体的には、例えば、一つのマイクロホンユニットのインピーダンス変換器出力が次のマイクロホンユニットが有するコンデンサマイクロホンカプセルの接地側を駆動するように、５個のマイクロホンユニットがチェーン状に接続されている。そして、５個目のマイクロホンユニットのインピーダンス変換器から、平衡出力のホット側信号が出力される。

同様に、第２群に属するマイクロホンユニット４１〜４５も直列的に接続されて各マイクロホンユニット４１〜４５の出力信号が加算されて出力されるようになっている。ただし、第２群に属するマイクロホンユニット４１〜４５の出力は、第１群に属するマイクロホンユニット３１〜３５の出力と逆相になるように、５個のマイクロホンユニットがインピーダンス変換器を介してチェーン状に接続されている。そして、５個目のマイクロホンユニットのインピーダンス変換器から、平衡出力のコールド側信号が出力される。

図２において、符号Ｐｏ、Ｐｏ′、Ｐｏ″は音源を示している。図１に示す実施例で説明したように、第１群に属するマイクロホンユニット３１〜３５と第２群に属するマイクロホンユニット４１〜４５が交互に配置されているため、第１群に属するマイクロホンユニットに対して音波が到達する平均時間と、第２群のマイクロホンユニットに属するマイクロホンユニットに対して音波が到達する平均時間とでは差が小さくなる。よって、第１群に属する５個のマイクロホンユニット３１〜３５の加算出力であるホット側信号と、第２群に属するマイクロホンユニット４１〜４５の加算出力であるコールド側信号との音質差を小さくすることができる。

図３は、本発明に適用可能な複数のマイクロホンユニットの接続例であって、図２に示す第２実施例中の第１群に属するマイクロホンユニット３１〜３５の接続例を示している。各マイクロホンユニット３１〜３５は、振動板とこれに対向する固定極を有してなるコンデンサマイクロホンカプセル３１１〜３５１、およびインピーダンス変換器３１２〜３５２を有している。各インピーダンス変換器３１２〜３５２は能動素子としてＦＥＴを有する自己バイアス型のインピーダンス変換器である。各インピーダンス変換器を構成するＦＥＴのドレインには直流電源から電圧ＶＣＣが印加される。上記各ＦＥＴのソースは、抵抗３１５〜３５５を経てグランドに接続され、各ＦＥＴのソースから各マイクロホンユニットの出力信号が出力されるようになっている。

マイクロホンカプセル３１１〜３５１を構成する振動板と固定極の片方は接地側となっている。マイクロホンカプセル３１１の接地側は直接グランドに接続されているのに対し、マイクロホンカプセル３２１〜３５１の接地側はそれぞれ抵抗３２４〜３５４を介してグランドに接続されている。マイクロホンユニット３１の出力信号はコンデンサ３１３を経てマイクロホンユニット３２のマイクロホンカプセル３２１の接地側に、マイクロホンユニット３２の出力信号はコンデンサ３２３を経てマイクロホンユニット３３のマイクロホンカプセル３３１の接地側に、マイクロホンユニット３３の出力信号はコンデンサ３３３を経てマイクロホンユニット３４のマイクロホンカプセル３４１の接地側に、マイクロホンユニット３４の出力信号はコンデンサ３４３を経てマイクロホンユニット３５のマイクロホンカプセル３５１の接地側に接続されている。このようにして各マイクロホンユニットはチェーン状に直列接続され、マイクロホンユニット３５のインピーダンス変換器３５２を構成するＦＥＴのソースから、上記５個のマイクロホンユニットの出力信号が加算されて出力されるようになっている。この加算出力信号が平衡出力の一方、例えばホット側信号となる。

図３では、一つの群に属する５個のマイクロホンユニットの接続例しか描かれていないが、他方の群に属する５個のマイクロホンユニットも同様にしてチェーン状に直列に接続される。ただし、他方の群に属する５個のマイクロホンユニットからの出力信号は平衡出力のコールド側信号とするため、ホット側信号と逆相になるように接続される。図３において符号Ｐは音源を示している。

図３に示す回路例は、１群を構成するマイクロホンユニットの数が５の場合であるが、図１に示す実施例のように１群を構成するマイクロホンユニットの数が２の場合も同様であり、一つのマイクロホンユニットの出力で他の一つのマイクロホンユニットが有するコンデンサマイクロホンカプセルの接地側を駆動するように接続するとよい。

図４は、上記５個のマイクロホンユニット３１〜３５相互の配置関係を示している。各マイクロホンユニット３１〜３５が有している振動板は、図４に２点鎖線で示す一平面であって紙面に直交する方向の面上にある。したがって、各マイクロホンユニット３１〜３５の収音軸は図４において上下方向にありかつそれぞれの収音軸は平行である。各マイクロホンユニット３１〜３５の相互間隔は７０ｍｍの等間隔に配置されている。各マイクロホンユニット３１〜３５の相互間隔内に別の群に属するマイクロホンユニットが一つずつ配置される。

図４に示す例では、複数のマイクロホンユニットが直線状に配置されているが、この配置例は一例であって、図１に示す実施例のように４個のマイクロホンユニットを四角形状になるように配置してもよいし、図２に示す実施例のように一つの円弧上に配置してもよい。
そのほか、特許請求の範囲に記載した技術思想を逸脱しない範囲内であれば、自由に設計変更して差し支えない。

１１、１２ １群に属するマイクロホンユニット
２１、２２ 他の１群に属するマイクロホンユニット
１３、１４、２３、２４ インピーダンス変換器
３１〜３５ １群に属するマイクロホンユニット
４１〜４５ 他の１群に属するマイクロホンユニット

Claims (6)

1. 偶数個のマイクロホンユニットを有し、
   上記偶数個のマイクロホンユニットは、第１群のマイクロホンユニットと第２群のマイクロホンユニットに分けられ、
   上記第１群に属するマイクロホンユニットのそれぞれと第２群に属するマイクロホンユニットのそれぞれが周方向に交互に配置され、
   上記第１群に属するマイクロホンユニットの出力が加算されかつ上記第２群に属するマイクロホンユニットの出力が加算されるように、上記第１群のマイクロホンユニット同士が直列接続されかつ上記第２群のマイクロホンユニット同士が直列接続され、
   上記第１群のマイクロホンユニットの加算出力と上記第２群のマイクロホンユニットの加算出力の一方が平衡出力のホット側出力、他方が平衡出力のコールド側出力となっているマイクロホン。
2. 音波を受けて振動する各マイクロホンユニットの振動板は同一平面上に位置している請求項１記載のマイクロホン。
3. ４個のマイクロホンユニットを有し、第１群に属するマイクロホンユニットと第２群に属するマイクロホンユニットが、各マイクロホンユニットの収音軸方向から見て対角位置に配置されている請求項１または２記載のマイクロホン。
4. 偶数個のマイクロホンユニットは、一つの円周に沿って等間隔に配置され、第１群に属するマイクロホンユニットと第２群に属するマイクロホンユニットが円周方向に交互に配置されている請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロホン。
5. 各マイクロホンユニットは、音波を受けて振動する振動板とこの振動板に対向させて配置された固定極を有してなるコンデンサマイクロホンカプセルと、このコンデンサマイクロホンカプセルで電気音響変換されて出力される信号をインピーダンス変換するインピーダンス変換器を備えたコンデンサマイクロホンユニットである請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
6. 第１群に属するコンデンサマイクロホンユニットと第２群に属するコンデンサマイクロホンユニットは、上記各群に属する一つのコンデンサマイクロホンユニットのインピーダンス変換器の出力で他のコンデンサマイクロホンユニットが有するコンデンサマイクロホンカプセルの接地側を駆動するように、上記各群に属するコンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されている請求項５記載のコンデンサマイクロホン。

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