JP6153446B2 - 咽喉マイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、咽喉の振動を音声信号に変換する素子として、片持ち梁状に支持された圧電素子を有する咽喉マイクロホンに関するものである。

咽喉の振動を受けて音声信号に変換する咽喉マイクロホンは、人が発する音声を周囲の騒音に影響されることなく音声信号に変換することができる利点がある。咽喉マイクロホンの音声信号変換素子として一般的には圧電素子が用いられる。圧電素子の中でも、小型で、変位に対する出力レベルが大きい圧電バイモルフが広く用いられている。

圧電バイモルフを用いた従来の咽喉マイクロホンの例を図３、図４に示す。図３、図４において、符号５０は圧電バイモルフからなる圧電素子を示している。圧電素子５０の一端部５１は固定端部となっていて、上記一端部５１は、ベース６３から立ち上がった固定部６２に固定されることにより、圧電素子５０は片持ち梁状に支持されている。圧電素子５０はベース６３の面と平行に伸びていて、ベース６３の面に対して直交する方向に振動可能な姿勢で支持されている。

圧電バイモルフからなる圧電素子５０は、変位比例型であり、変位量に対応したレベルの出力信号が得られる。また、外力で変位しても、外力がなくなると弾性によって元に戻り、信号出力がなくなる。すなわち、圧電素子５０は、弾性制御型であり、加速度が加わることによって信号出力が得られることになる。そこで、図３、図４の例のように、圧電素子５０の先端部５２に錘６４を固着し、振動によって圧電素子５０が効果的に加速度を受けるように工夫している。

一般に、圧電素子５０に加わる加速度に対する圧電素子５０の出力信号の周波数応答を平坦にするために、共振周波数が集音帯域の上限になるように設計する。圧電素子による咽喉マイクロホンは咽喉の振動の加速度を検出するものであることから、圧電素子５０の共振周波数が音声帯域の上限である３〜４ｋＨｚになるように設計する。圧電素子５０の共振周波数は、圧電素子５０のスティフネスと錘６４の質量によって決まる。圧電素子５０は弾性制御型であることから、圧電素子５０のスティフネスが一定である場合、錘６４の質量を大きくするにしたがって共振周波数が低くなるとともに、加速度に対する感度が高くなる。かかる錘６４と共振周波数および感度の関係は、特許文献１に記載されている。

上に述べた通り、圧電素子５０の共振周波数が３〜４ｋＨｚになるように設計することにより、変換される音声信号の明瞭度を高め、音声帯域内での咽喉の振動加速度に対する感度を高めることができる。しかし、共振周波数付近の周波数応答は、共振鋭度（Ｑ）によって大きく左右される。

図３、図４に示す従来例では、ベース６３の面と圧電素子５０との間に生じている空間に、低反発の素材であるシリコン系の粘弾性ゴム６５を介在させることにより、振動系を制動する構成になっている。上記のように粘弾性ゴム６５が介在することによって圧電素子５０の共振鋭度（Ｑ）を低くし、共振周波数付近での感度を抑制することにより、騒音下においても良好な音質で集音できることを目論んでいる。特許文献２、特許文献３に記載されているような、圧電素子とともに粘性液体ダンパーを密封容器内に封止した構造も、圧電素子５０の共振鋭度を低く抑えることを目的としている点で図３、図４に示す従来例と同じである。

図３、図４に示す従来例における粘弾性ゴム６５は、ベース６３の面と圧電素子５０の面への密着性すなわち機械的結合度合いにばらつきが生じやすく、圧電素子５０への振動の伝達度合いに個体差が生じる。そこで、図３、図４に示す例では、ベース６３と圧電素子５０との機械結合を改善するために、振動系全体をＲＴＶ（Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）ゴムからなるシール材６６で覆っている。しかし、振動系全体をシール材６６で覆っても、圧電素子５０への振動の伝達度合いに個体差が生じることを改善することは難しい。

図３、図４において、符号６７は、圧電素子５０から音声信号を出力するためのリード線接続部を示す。符号６８はリード線を示す。

従来の咽喉マイクロホンにおいて、圧電素子の振動方向がベースの面に対して直交する方向になっていることは、引用文献４からも明らかである。

特開２０１２−２３１２０４号公報 実公昭６３‐４９０１８号公報 特開平４‐３２５９９号公報 特開平１０‐７９９９９号公報

本発明は、従来の咽喉マイクロホンの技術的課題を解決すること、すなわち、片持ち梁状に支持された圧電素子の共振鋭度の個体間のばらつきをなくすことができる咽喉マイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、
平板状のベースと、
一端部が上記ベースに固定されることにより上記ベースの上面に片持ち梁状に支持された圧電素子と、
上記圧電素子の先端部に固着されている錘と、
を備え、
上記圧電素子が咽喉の振動を受けて振動することにより音声信号を出力する咽喉マイクロホンであって、
上記圧電素子は、振動方向が上記ベースの上面と平行になるように上記一端部が上記ベースに固定され、
上記錘と上記ベースとの間には隙間が形成され、
上記隙間には振動吸収体が介在していることを最も主要な特徴とする。

圧電素子の振動方向がベース面と平行であることにより、圧電素子の振動面をベース面に接近させることができ、錘とベースとの間の隙間を小さくすることができる。上記隙間に振動吸収体を介在させることにより、圧電素子の共振鋭度を安定化させ、個体間の共振鋭度のばらつきをなくすことができる。

本発明に係る咽喉マイクロホンの実施例を示す平面図である。 上記実施例の正面断面図である。 従来の咽喉マイクロホンの例を示す平面図である。 上記従来例の正面断面図である。

以下、本発明に係る咽喉マイクロホンの実施例について図面を参照しながら説明する。

図１、図２において、符号１は圧電素子を示している。圧電素子１は圧電バイモルフすなわち板状の２枚の圧電素子を張り合わせた構造の圧電素子からなり、２枚分の圧電素子の出力信号を加算した出力信号を得ることができる。圧電素子１の一端部１１は固定端部となっていて、この一端部１１はベース３と一体の固定部材２に固定されている。したがって、圧電素子１の一端部１１はベース３に実質一体に固定されることにより片持ち梁状に支持されている。

圧電素子１はベース３の面と平行にかつベース３の面との間に適宜の間隔をおいて延び出ている。圧電素子１は弾性を有していて、振動が加わると、一端部１１を支点にして振動することができる。圧電素子１の振動方向はベース３の面と平行な方向になるように一端部１１が固定部材２に固定されている。換言すれば、２枚の圧電素子の面、したがってこれら圧電素子の張り合わせ面がベース３の面と直交する方向になるように圧電素子１が固定されている。

圧電素子１の先端部１２は自由端になっていて、先端部１２には錘４が固着されている。錘４は短い円柱形状になっていて、円柱形の周面の一部に錘４の中心軸線と平行な方向に溝が形成され、この溝に圧電素子１の先端部１２が嵌め込まれて錘４が圧電素子１に固着されている。錘４は、その中心軸線方向の寸法が圧電素子１の幅方向すなわち図２において上下方向の寸法より大きく、錘４の下端面は圧電素子１の下端よりも下方に位置している。錘４の円形の下端面はベース３の面と平行な広がり面を持っている。そして、この錘４の下端面はベース３の面に近接していて、錘４とベース３との間の隙間は、液体が毛細管現象で浸入できる程度の狭い隙間になっている。

上記錘４とベース３との間の隙間には振動吸収体５が介在している。振動吸収体５は粘性液体であり、より具体的にはシリコン油である。上記錘４とベース３との間の隙間はシリコン油が毛細管現象で浸入できる程度の僅かな隙間であり、かかる僅かな隙間であっても、圧電素子１のベース３の面と平行な方向への振動には何ら支障がない。

錘４とベース３との間の隙間を、シリコン油が毛細管現象で浸入できる程度の僅かな隙間とし、この隙間を寸法精度良く、かつ、ばらつきなく確保するために、以下のような製造工程を採るとよい。圧電素子１と錘４は接着によって固着するようにし、錘４を圧電素子１に接着する前に錘４とベース３との間にフィルムを介在させ、錘４とベース３との間隔を上記フィルムの厚さ分だけ確保する。この状態で接着剤により錘４を圧電素子１に接着し、接着剤が硬化した後フィルムを除去する。こうすることにより、錘４とベース３との間には、上記フィルムの厚さ分の隙間が生じ、しかもこの隙間はばらつくことはない。上記隙間に粘性液体、例えばシリコン油を浸入させれば、錘４とベース３との間の機械抵抗をばらつきなく設定することができる。

錘４とベース３との間の機械抵抗は、上記隙間の大小、錘４とベース３との対向面の面積、振動吸収体５の粘度に依存する。上記隙間は上記フィルムの厚さによって決まるから、フィルムの厚さを適宜設定することにより上記隙間を決定し、上記機械抵抗を適宜設定することができる。上記フィルムの厚さは、例えば、０．０５〜０．２ｍｍの範囲で適宜選定すればよい。

上記隙間に振動吸収体５としてのシリコン油を注入すると、上記隙間にシリコン油が毛細管現象により、必要な量だけ浸入する。錘４とベース３との間に振動吸収体５としてのシリコン油が介在することにより圧電素子１の振動に制動がかかり、共振鋭度が低下して共振周波数付近での感度が抑制され、騒音下においても良好な音質で集音することができる。振動吸収体５としてのシリコン油は、温度が変化しても粘度は変化しにくいという特徴がある。

図１、図２において、振動系すなわち圧電素子１と錘４と振動吸収体５は、シール材６によってベース３の面に封止されている。シール材６はＲＴＶゴムからなる。圧電バイモルフからなる圧電素子１がＲＴＶゴムからなるシール材６でベース３に封止されることにより、過大な衝撃力がかかっても圧電バイモルフを機械的な破損から保護することができる。また、粘性液体からなる振動吸収体５がシール材６で封止されることにより、振動吸収体５の流出、消失などを防ぐことができる。ＲＴＶゴムからなるシール材６は、咽喉の振動を受けた圧電素子１の振動の妨げとはならない。

図１、図２において、符号７は、圧電素子１から音声信号を出力するためのリード線接続部を示す。符号８はリード線を示す。

図１、図２に示す構成部分は、咽喉マイクロホンのいわばマイクロホンユニットに相当する。図１、図２に示すマイクロホンユニット部分は適宜の装着ベルトなどの装着部材に結合されあるいは組み込まれて咽喉マイクロホンが構成される。ユーザーがマイクロホンユニットとともに装着部材を所定の態様に装着すると、マイクロホンユニットがユーザーの咽喉付近の所定の箇所に押し当てられ、ユーザーののどの振動を音声信号に変換することができる。

１ 圧電素子
２ 固定部材
３ ベース
４ 錘
５ 振動吸収体
６ シール材
７ 信号出力端
８ リード線
１１ 一端部（固定端部）
１２ 先端部

Claims (8)

1. 平板状のベースと、
   一端部が上記ベースに固定されることにより上記ベースの上面に片持ち梁状に支持された圧電素子と、
   上記圧電素子の先端部に固着されている錘と、
   を備え、
   上記圧電素子が咽喉の振動を受けて振動することにより音声信号を出力する咽喉マイクロホンであって、
   上記圧電素子は、振動方向が上記ベースの上面と平行になるように上記一端部が上記ベースに固定され、
   上記錘と上記ベースとの間には隙間が形成され、
   上記隙間には振動吸収体が介在している咽喉マイクロホン。
2. 上記圧電素子と上記錘と上記振動吸収体が、シール材によって上記ベースの上面に封止されている請求項１記載の咽喉マイクロホン。
3. 上記圧電素子は圧電バイモルフである請求項１または２記載の咽喉マイクロホン。
4. 上記振動吸収体は粘性液体である請求項１乃至３のいずれかに記載の咽喉マイクロホン。
5. 上記粘性液体はシリコン油である請求項４記載の咽喉マイクロホン。
6. 上記錘は、上記ベースの上面と平行な広がり面を持っている請求項１乃至５のいずれかに記載の咽喉マイクロホン。
7. 上記錘と上記ベースとの間の隙間は、粘性液体が毛細管現象で浸入できる程度の隙間である請求項４または５記載の咽喉マイクロホン。
8. 上記シール材はＲＴＶゴムである請求項２記載の咽喉マイクロホン。

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