JP6234808B2 - 単一指向性コンデンサマイクロホンユニット - Google Patents

単一指向性コンデンサマイクロホンユニット Download PDF

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Description

本発明は、単一指向性コンデンサマイクロホンユニットに関し、さらに詳しく言えば、高音域においても良好な指向性が得られるように、後部音響端子側の音響インピーダンスを設定する技術に関するものである。
エンドアドレスマイクロホン(一端部から収音する棒状をなすマイクロホン)においては、後部音響端子は、円筒状のユニットケースの周壁部分に開口を設けることにより作られる。その従来技術の一例(例えば、特許文献1参照)を図4により説明する。
この単一指向性コンデンサマイクロホンユニット(以下、単に「マイクロホンユニット」と言うことがある)1Bは、アルミニウム材や黄銅合金等からなる円筒状のユニットケース10を備えている。
エンドアドレスマイクロホンであることから、ユニットケース10の一端側(図4において左端側)は、前部音響端子11として開口されており、前部音響端子11から所定距離離されたユニットケース10の周壁部分には、速度成分を取り入れるための後部音響端子12となる開口部が形成されている。
なお、前部音響端子11の開口部分には、内方に折り曲げられた係止部10aが形成され、ユニットケース10の他端(後端)側には、雌ねじ10bが刻設されている。また、この例では、前部音響端子11の開口部分に、金網等からなるガードネット11aが取り付けられている。
通常、後部音響端子12の開口部内には、もっぱら意匠的な観点から、数条もしくは格子状の桟12aが設けられており、また、その内側には、防塵用の例えば金網等からなるガードネット12bが配置されている。
このマイクロホンユニット1Bは、支持リング(ダイアフラムリング)22に所定のテンションがかけられた状態で張設された振動板21と、電気絶縁性である例えば合成樹脂からなる絶縁座25に支持された固定極24とを、電気絶縁性のスペーサリング23を介して対向的に配置してなる静電型の音響電気変換器20を備えている。
絶縁座25には、複数の音孔(音波を通す孔)25aが穿設されている。詳しくは図示しないが、固定極24は多孔板からなり、同様に複数の音孔を備えている。この例において、固定極24と絶縁座25との間には、フェルト材等からなる音響抵抗材26が配置されている。
音響電気変換器20は、ユニットケース10内において、前部音響端子11と後部音響端子12との間に収納される。ユニットケース10の他端(後端)側には、封止部材30が嵌合され、これにより、絶縁座25の背面側には、無指向成分を得るための所定容積の空気室Aが設けられる。この例において、封止部材30は、絶縁座25に向かい合う頂部が截頭円錐状に形成された円筒体が用いられている。
封止部材30の後端には封止基板40があてがわれ、ユニットケース10の他端側に刻設されている雌ねじ10bにロックリング50を螺合してねじ込むことにより、封止基板40および封止部材30を介して音響電気変換器20が係止部10aに当接した状態でユニットケース10内に固定される。
なお、絶縁座25の中央部分から固定極24の電極引出端子27が引き出されており、封止部材30の中央部分には、その電極引出端子27と嵌合接触する中継端子31が封止基板40を貫通するように設けられている。
また、マイクロホンユニット1Bは、例えば上記雌ねじ10bを介して図示しない円筒状のマイクグリップ(マイクロホン本体)と連結され、上記中継端子31は、そのマイクグリップ内に収納されている音声信号出力回路を含む回路基板と電気的に接続される。
このマイクロホンユニット1Bにおいて、後部音響端子12から入った音波は、空気室A、絶縁座25の音孔25a、音響抵抗材32および固定極30の図示しない音孔を介して振動板20の背面側に速度成分として作用し、これにより、マイクロホンユニット1Bは単一指向性として動作する。
特開2011−9807号公報
ところで、一般的にマイクロホンユニットは平面波を想定し、集中定数等価回路で設計されている。しかしながら、10kHz付近の高い周波数になると、音響素子が音波の波長に近づくことから、集中定数等価回路で検討するだけでは不十分である。
音波の半波長1/2λが上記音響電気変換器Dの音響端子間距離になる周波数では、前部音響端子11と後部音響端子12間の音圧傾度がなくなるため、音圧傾度による振動板21の駆動力がなくなってしまう。これらのことから、単一指向性(ポーラパターン:カージオイド)の高域の指向性が劣化する。
また、絶縁座25の音孔25aの部分を固定極後部の音響抵抗部ARとして、この音響抵抗部ARから後部音響端子12に至る音道(音波径路)について観察すると、上記従来技術では、空気室Aを形成する封止部材30の頂部が截頭円錐形状であるため、音響抵抗部AR側から見て、音道の断面積が急激に変化している。
これにより、音道はリアクタンスを含むインピーダンスを持ち、狭い部分は音響質量(等価回路ではインダクタンスLで表される)として動作し、急激に広くなった部分は音響容量(等価回路では静電容量Cで表される)として動作するため、ある音域においては共振が発生し、指向周波数応答を劣化させることになる。
このように、上記従来技術に係るマイクロホンユニット1Bでは、音響抵抗部ARから後部音響端子12に至る音道が不連続であることと、後部音響端子12は単なる開口として形成され音響質量を備えていないことから、図3(b)の指向周波数応答のグラフに示すように、7kHz付近では0゜の周波数応答にピークがあり、180゜の周波数応答が持ち上がって指向性が劣化している。
したがって、本発明の課題は、単一指向性コンデンサマイクロホンにおいて、高音域においても良好な指向性が得られるように、後部音響端子側の音響インピーダンスを設定することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、円筒状であって前端部分に前部音響端子を有し、上記前部音響端子から所定距離離れた周壁部分に後部音響端子を有するユニットケースと、所定の間隔をもって対向的に配置された振動板と固定極とを含み上記ユニットケースの上記前部音響端子と上記後部音響端子との間に収納される静電型の音響電気変換器とを備え、上記ユニットケースの後端部分には、上記音響電気変換器の背面側に所定容積の空気室を形成する封止部材が嵌合されており、上記後部音響端子から取り込まれる速度成分が上記空気室および上記音響電気変換器が備えている音孔を介して上記振動板の背面側に作用する単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおいて、
上記封止部材は、上記音響電気変換器の背面側中央部分に近接する頂部から上記後部音響端子に近接する裾部にかけての部分が凸球面状に形成されており、上記後部音響端子は所定の音響質量成分を有し、
上記封止部材により、上記音響電気変換器の固定極後部側の音響抵抗部から上記空気室を経て上記後部音響端子に至る音道の断面積が連続的に増加する第1の部分と、上記後部音響端子側においては収音源から遠ざかる方向に向けて断面積が連続的に減少する第2の部分とを含む音響的分布定数回路が構成されていることを特徴としている。
上記音響抵抗部は音孔からなり、その音孔の直径をφとして、上記絶縁座と上記封止部材の頂部との間隔t1と、上記後部音響端子と上記封止部材の裾部との間隔t2とが、いずれもt1<φ,t2<φであることが好ましい。
本発明において、上記第1の部分が音響トランスとして動作し、上記第2の部分により、高音域において上記後部音響端子に音響質量が付加される。
本発明の好ましい態様によると、上記後部音響端子には、上記ユニットケースの周壁部分で同一円周上に形成された複数のスリットを1群として、その複数群が上記ユニットケースの軸方向に沿って所定間隔で配置されており、上記各スリット内の容積により上記後部音響端子に所定の音響質量成分が付与される。
また、本発明には、上記封止部材が電気絶縁性の遮音体からなり、その中央部分には、上記固定極の電極引出端子が貫設されている態様も含まれる。
本発明によれば、封止部材により、音響電気変換器の固定極後部側の音響抵抗部から空気室を経て後部音響端子に至る音道の断面積が連続的に増加する第1の部分と、後部音響端子側においては収音源から遠ざかる方向に向けて断面積が連続的に減少する第2の部分とを含む音響的分布定数回路が構成され、このうちの第1の部分がホーンスピーカ状の音響トランスとして動作することにより、音響抵抗の高い音響インピーダンスと自由空間中の空気のインピーダンスとが不連続につながるのを防止することができる。
また、後部音響端子が音響質量を有するとともに、後部音響端子側においては収音源から遠ざかる方向に向けて断面積が連続的に減少する第2の部分により、高音域において後部音響端子に音響質量が付加され、高音域で後部音響端子への音波の入り込みが制限されることから、音波の半波長1/2λが音響電気変換器の音響端子間距離になる周波数での振動板駆動力の低下を防止することができる。また、後部音響端子側の音響質量が収音源から遠ざかるにつれて増加することにより、無指向成分を得るための空気室に存在する音響容量との共振が軽減される。
(a)本発明の実施形態に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを示す模式的な断面図、(b)同コンデンサマイクロホンユニットが備える音響電気変換器の一部を拡大して示す断面図。 上記実施形態におけるユニットケースを示す(a)縦断面図、(b)そのA−A線断面図。 (a)上記実施形態に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの指向周波数応答を示すグラフ、(b)従来技術に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットの指向周波数応答を示すグラフ。 従来技術に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを示す概略的な断面図。
次に、図1ないし図3を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、この実施形態の説明において、先の図4で説明した従来技術に係るマイクロホンユニット1Bと実質的に同一である構成要素には、それと同じ参照符号を付している。
図1(a)を参照して、この実施形態に係る単一指向性コンデンサマイクロホンユニット(以下、単に「マイクロホンユニット」と言うことがある)1Aは、基本的な構成として、ユニットケース10と、静電型の音響電気変換器20と、封止部材30Aとを備えている。
ユニットケース10は、アルミニウムや黄銅合金等の導電材からなる円筒体であって、その一端側(図1において左端側)は、前部音響端子11として開口されており、上記従来技術と同様に、その開口部分には、内方に折り曲げられた係止部10aが形成されている。また、ユニットケース10の他端(後端)側には、ロックリング50を螺合するための雌ねじ10bが刻設されている。
前部音響端子11から所定距離離されたユニットケース10の周壁部分には、速度成分を取り入れるための後部音響端子12が設けられているが、この実施形態において、後部音響端子12には、複数のスリット121が含まれ、これらスリット121により、後部音響端子12は、所定の音響質量(等価回路でインダクタンスLで表される音響質量)を備える。
図2(a),(b)を参照して、この実施形態でのスリット121の構成を具体的に説明すると、ユニットケース10の仕様は、外径φ1が19mm,内径φ2が17.52mm、したがって肉厚が約0.75mmであり、この管壁の同一円周上に、1つあたり幅0.5mm,長さ12mmのスリット121を90゜間隔で4つ形成して1群とし、このスリット群を1.2mmピッチで5列(L1〜L5)配置して後部音響端子12としている。
図1(a)に示すように、ユニットケース10の内面には、後部音響端子12を覆うように音響抵抗材122が配置されている。この実施形態において、音響抵抗材122には、線径0.035mm,325メッシュのステンレス網が用いられている。
図1(b)を併せて参照して、音響電気変換器20は、支持リング(ダイアフラムリング)22に所定のテンションがかけられた状態で張設された振動板21と、電気絶縁性である例えば合成樹脂からなる絶縁座25に支持された固定極24とをスペーサリング23を介して対向的に配置してなるが、この実施形態では、絶縁座25は円筒状のホルダーとして形成され、また、固定極24の後部側に固定極用の電極引出体28が配置され、固定極24と電極引出体28とが絶縁座25内に支持された状態でユニットケース10内に収納されている。
固定極24は金属製の多孔板からなり、複数の音孔(音波を通す孔)24aを備えている。固定極24にエレクトレット誘電体膜を一体に接合して、当該マイクロホンユニット1Aをエレクトレット型としてもよい。
固定極用の電極引出体28は、先に説明した上記従来技術に係るマイクロホンユニット1Bにおける絶縁座25と同じく皿状に形成されており、電極引出体28にも複数の音孔28aが穿設されている。この音孔28aは、上記従来技術に係るマイクロホンユニット1Bにおける絶縁座25に穿設されている音孔25aに相当している。
電極引出体28には、固定極24の裏面側に空気室を形成する凹部29が設けられている。この凹部29内に、フェルト材等からなる音響抵抗材が配置されてよい。また、電極引出体28の中央部分には、上記従来技術に係るマイクロホンユニット1Bにおける固定極24の電極引出端子27に相当する電極引出端子28bが一体に突設されている。
封止部材30Aは、ユニットケース10の他端(後端)側からユニットケース10内に嵌合され、これにより、音響電気変換器20の背面側に無指向成分を得るための所定容積の空気室Aが設けられる。
封止部材30Aは、合成樹脂材もしくはセラミック材等の電気絶縁性を有する遮音体からなり、その中央部分には、固定極24から音声信号を得るための電極引出体28の電極引出端子28bが貫設されている。
ユニットケース10の他端側に刻設されている雌ねじ10bにロックリング50を螺合してねじ込むことにより、封止部材30Aを介して音響電気変換器20が係止部10aに当接した状態でユニットケース10内に固定される。
なお、ロックリング50に代えてユニットケース10のかしめにより、音響電気変換器20が固定されてもよい。また、図1(a)に示すように、ユニットケース10の前面側には、金網等からなるガードネット20aが設けられてよい。
なお、先に説明した従来技術に係るマイクロホンユニット1Bと同じく、このマイクロホンユニット1Aは、所定の連結手段を介して図示しない円筒状のマイクグリップ(マイクロホン本体)と連結され、上記電極引出端子28bは、そのマイクグリップ内に収納されている音声信号出力回路を含む回路基板と電気的に接続される。
このマイクロホンユニット1Aにおいても、後部音響端子12から入った音波は、空気室A、電極引出体28の音孔28aおよび固定極24の音孔24aを介して振動板21の背面側に速度成分として作用し、これにより、マイクロホンユニット1Aは単一指向性として動作する。
本発明において、高音域においても良好な指向性を得るため、封止部材30Aは、図1(a)に示すように、音響電気変換器20の中央部分(電極引出体28の中央部分)に近接する頂部301から後部音響端子12に近接する裾部302にかけての部分が凸球面状に形成されている。
このような特異形状を有する封止部材30Aにより、電極引出体28の音孔28aの部分を固定極後部の音響抵抗部ARとして、音響抵抗部ARから空気室Aを経て後部音響端子12に至る音道(音波径路)の断面積が連続的に増加する第1の部分310と、後部音響端子12側においては収音源(前部音響端子11の前方に存在する収音源)から遠ざかる方向に向けて断面積が連続的に減少する第2の部分320とを含む音響的分布定数回路が構成される。
この実施形態において、第1の部分510が主たる凸球面状であり、これに連続的に続く第2の部分520は緩やかな円錐面状を呈している。
本発明によれば、音響抵抗部ARから空気室Aを経て後部音響端子12に至る音道の断面積が連続的に増加する第1の部分510により、ホーンスピーカ状の音響トランスが形成され、これによって、空気室A内の音響抵抗の高い音響インピーダンスと、自由空間中の空気のインピーダンスとが不連続につながることを防止できる。
また、本発明では、上記したように、後部音響端子12が所定の音響質量(インダクタンス成分L)を備えているため、10kHz付近もしくはそれ以上の高音域になると、それに伴って後部音響端子12の音響抵抗が高くなり、後部音響端子12への音波の入り込みが制限される。これによって、音波の半波長1/2λが音響端子間距離になる周波数での振動板駆動力の低下を防止することができる。
しかしながら、後部音響端子12に音響質量(インダクタンス成分L)を持たせると、他方において、上記第1の部分510の音道内に存在する容積による音響容量(静電容量成分C)と共振を起こすおそれがある。
そこで、本発明では、後部音響端子12側に、収音源から遠ざかる方向に向けて断面積が連続的に減少する第2の部分520を設け、この第2の部分520により、後部音響端子12に付加する音響質量を増加させて上記共振を軽減するようにしている。
なお、固定極後部の音響抵抗部ARとなる電極引出体28の音孔28aの直径をφa,電極引出体28と封止部材30Aの頂部301との間隔をt1,後部音響端子12と封止部材30Aの裾部502との間隔をt2として、高音域においても良好な指向性を得るには、いずれもt1<φa,t2<φaであることが好ましい。
この実施形態において、電極引出体28の音孔28aの直径φaは1mmであることから、上記の間隔t1,t2をともに0.5mmとしているが、0.5mmより小さくてもよい。
また、上記第1の部分310における凸球面の形状は、当該マイクロホンユニット1Aの仕様に応じて任意に決められてよいが、この実施形態において、凸球面の曲率はR5であり、図2(b)に示すように、凸球面の通過点の一つである第1列目L1での断面径φ3を14.5mmとしている。
図3(a)に上記実施形態に係るマイクロホンユニット1Aの指向周波数応答のグラフを示す。これから分かるように、0゜と180゜の周波数応答は平坦であり、10kHzを超える周波数帯域においても良好な指向性を実現している。
なお、図1において、封止部材30Aは中実体として示されているが、内部がくり抜かれた中空体であってもよい。また、後部音響端子12に含まれるスリット121は、その複数本がユニットケース10の軸方向に沿って平行に形成されてもよく、さらには、後部音響端子12は、音響質量を備えた多数の丸孔から形成されてもよい。
また、音響電気変換器20は、上記従来技術に係るマイクロホンユニット1Bが備えているよる音響電気変換器20と同じく、固定極24の背面側に皿状をなす絶縁座25が配置されている構成であってもよい。
1A 単一指向性コンデンサマイクロホンユニット
10 ユニットケース
11 前部音響端子
12 後部音響端子
121 スリット
20 音響電気変換器
21 振動板
22 支持リング
23 スペーサリング
24 固定極
24a 音孔
25 絶縁座
28 電極引出体
24a 音孔
28b 電極引出端子
30A 封止部材
301 頂部
302 裾部
310 第1の部分
320 第2の部分
A 空気室
AR(28a) 固定極後部の音響抵抗部

Claims (6)

  1. 円筒状であって前端部分に前部音響端子を有し、上記前部音響端子から所定距離離れた周壁部分に後部音響端子を有するユニットケースと、所定の間隔をもって対向的に配置された振動板と固定極とを含み上記ユニットケースの上記前部音響端子と上記後部音響端子との間に収納される静電型の音響電気変換器とを備え、
    上記ユニットケースの後端部分には、上記音響電気変換器の背面側に所定容積の空気室を形成する封止部材が嵌合されており、上記後部音響端子から取り込まれる速度成分が上記空気室および上記音響電気変換器が備えている音孔を介して上記振動板の背面側に作用する単一指向性コンデンサマイクロホンユニットにおいて、
    上記封止部材は、上記音響電気変換器の背面側中央部分に近接する頂部から上記後部音響端子に近接する裾部にかけての部分が凸球面状に形成されており、
    上記後部音響端子は所定の音響質量成分を有し、
    上記封止部材により、上記音響電気変換器の固定極後部側の音響抵抗部から上記空気室を経て上記後部音響端子に至る音道の断面積が連続的に増加する第1の部分と、上記後部音響端子側においては収音源から遠ざかる方向に向けて断面積が連続的に減少する第2の部分とを含む音響的分布定数回路が構成されていることを特徴とする単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
  2. 上記音響抵抗部が音孔からなり、上記音孔の直径をφとして、上記音響電気変換器と上記封止部材の頂部との間隔t1と、上記後部音響端子と上記封止部材の裾部との間隔t2とが、いずれもt1<φ,t2<φであることを特徴とする請求項1に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
  3. 上記第1の部分が音響トランスとして動作することを特徴とする請求項1または2に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
  4. 上記第2の部分により、高音域において上記後部音響端子に音響質量が付加されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
  5. 上記後部音響端子には、上記ユニットケースの周壁部分で同一円周上に形成された複数のスリットを1群として、その複数群が上記ユニットケースの軸方向に沿って所定間隔で配置されており、上記各スリット内の容積により上記後部音響端子に所定の音響質量成分が付与されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
  6. 上記封止部材が電気絶縁性の遮音体からなり、その中央部分には、上記固定極の電極引出端子が貫設されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の単一指向性コンデンサマイクロホンユニット。
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