JP6330167B2 - ステレオマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、ステレオ収音をすることができるステレオマイクロホンに関するものであって、詳しくは、高い周波数の音を収音するときにも指向軸が外れることがなく、また、左右それぞれの指向角を独立して可変させることができるステレオマイクロホンに関するものである。

ステレオ音を収音するためにステレオマイクロホンが用いられる。ステレオマイクロホンには、複数の方式が知られている。例えば、Ｍ（ミッド）信号に対してＳ（サイド）信号を加減算して、Ｌ（左）信号とＲ（右）信号を演算により得るＭＳ方式のステレオマイクロホンが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、ＸＹ方式のステレオマイクロホン（以下「ＸＹステレオマイクロホン」という。）も知られている。ＸＹステレオマイクロホンは、２つの単一指向性マイクロホンユニットを備えている。各単一指向性マイクロホンユニットのそれぞれの指向軸は、収音方向に対して、所定の角度を形成するように構成される。ＸＹステレオマイクロホンは、各単一指向性マイクロホンユニットから出力される信号を合成することで、ステレオ信号を得るものである。

ところで、単一指向性マイクロホンユニットを用いることなく、マイクロホンユニットの指向性を単一指向性にする方法がある。例えば、無指向性マイクロホンユニットの出力信号と双指向性マイクロホンユニットの出力信号を合成すると、その指向性は、単一指向性になる。この方法による出力信号は、単一指向性マイクロホンユニットの出力信号と同様の特性を備える信号になる。

無指向性コンデンサマイクロホンユニットは、低周波数帯域から高周波数帯域まで変動の少ない良好な周波数応答を有している。また、双指向性リボンマイクロホンユニットは、良好な指向周波数応答を有している。したがって、無指向性マイクロホンユニットと双指向性マイクロホンユニットを組み合わせて構成した単一指向性マイクロホンユニットは、良好な周波数応答と指向性を有する。

そこで、ＸＹマイクロホンにおいて、上記のような組み合わせの単一指向性マイクロホンユニットを用いれば、良好な周波数応答と良好な指向性を有するステレオマイクロホンを得られる。そのためには、無指向性マイクロホンユニットと双指向性マイクロホンユニットの組を、左右一組ずつ配置する必要がある。

特開２００６−１７４１３６号公報

しかし、上記の組み合わせによる単一指向性マイクロホンユニットを用いてＸＹステレオマイクロホンを構成する場合、新たな課題が生ずる。上記の組み合わせによる単一指向性のマイクロホンユニットでは、無指向性マイクロホンユニットの音響端子と双指向性マイクロホンユニットの音響端子のそれぞれ位置が相互に異なる。音響端子の位置が異なる場合（音響端子がずれている場合）、指向軸には周波数依存性があるため、それぞれの音響端子において収音される音は特性が異なった音になる。したがって、このような単一指向性マイクロホンユニットを用いたＸＹステレオマイクロホンでは、左右の指向軸が音源方向（収音方向）から外れた状態で収音されることになる。特に、波長が短くて周波数が高い音波は、指向性が鋭いため、本来の収音方向から外れた状態になりやすい。

そこで本発明は、高い周波数の音を収音するときにも指向軸が外れることなく、また、左右それぞれの指向性を独立して可変させることができるステレオマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、無指向性マイクロホンユニットと、２つの双指向性マイクロホンユニットと、を有するステレオマイクロホンであって、上記双指向性マイクロホンユニットは、それぞれの指向軸が上記ステレオマイクロホンの指向軸に対して、同一平面内において所定の角度を形成するように配置されていて、上記無指向性マイクロホンユニットは、音響端子が上記双指向性マイクロホンユニットの音響端子と近接して配置されている、ことを最も主な特徴とする。

本発明によれば、高い周波数の音を収音するときにも指向軸が外れることなく、また、左右それぞれの指向性を独立して可変させることができる。さらに、従来の単一指向性マイクロホンユニットでＸＹステレオマイクロホンを構成した場合に比べ、無指向性マイクロホンユニットを１つにすることができるステレオマイクロホンを実現できる。

本発明に係るステレオマイクロホンの実施形態を示す平面図である。 上記ステレオマイクロホンの側面図である。 上記ステレオマイクロホンが備える単一指向性ユニットの例を示す外観図である。 上記ステレオマイクロホンが備える双指向性ユニットの例を示す、（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図、である。 上記ステレオマイクロホンの回路構成の例を示す回路図である。 上記ステレオマイクロホンと各マイクロホンユニットの周波数応答の例であって、（ａ）コンデンサマイクロホンユニットの周波数応答の例、（ｂ）リボンマイクロホンユニットの周波数応答の例、（ｃ）組み合わせによるマイクロホンユニットの周波数応答の例、を示す図である。 上記ステレオマイクロホンが備える各マイクロホンユニットの指向特性の例であって（ａ）コンデンサマイクロホンユニットの指向特性の例、（ｂ）リボンマイクロホンユニットの指向特性の例、（ｃ）組み合わせによるマイクロホンユニットの指向特性の例、を示す図である。 上記ステレオマイクロホンの指向特性の例を示す図である。

以下、本発明に係るステレオマイクロホンの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るステレオマイクロホン１００の構成図である。図１は、ステレオマイクロホン１００を上方から見た平面図である。図１において、ステレオマイクロホン１００の筐体は、図示を省略している。ステレオマイクロホン１００は、１つのコンデンサマイクロホンユニット１０と、２つのリボンマイクロホンユニット２０を用いて構成されている。コンデンサマイクロホンユニット１０は無指向性マイクロホンユニットである。リボンマイクロホンユニット２０は、双指向性マイクロホンユニットである。

図１に示すように、ステレオマイクロホン１００の指向特性の中心軸Ｄ１は、収音方向Ｓに向いている。２つのリボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの指向軸Ｄ２は、指向特性の中心軸Ｄ１に対して、同一平面上において所定の角度を形成している。コンデンサマイクロホンユニット１０は、リボンマイクロホンユニット２０の２つの指向軸Ｄ２が、同一平面上で形成する角度範囲内に配置されている。コンデンサマイクロホンユニット１０は、リボンマイクロホンユニット２０よりも指向特性の中心軸Ｄ１側に配置されている。

図１のリボンマイクロホンユニット２０の指向軸Ｄ２は、指向特性の中心軸Ｄ１から左右方向にそれぞれ６０°ずつ傾いている。２つの指向軸Ｄ２が形成する角度は、図１に示すように、１２０°であり、広がりをもっている。なお、収音方向Ｓに対する指向軸Ｄ２の角度は４５°から６０°の間が適している。

また、図１に示すように、コンデンサマイクロホンユニット１０は、リボンマイクロホンユニット２０の近傍に配置されている。具体的には、コンデンサマイクロホンユニット１０は、リボンマイクロホンユニット２０の各指向軸Ｄ２と直交する軸を考えた場合に軸同士が交差する点が存在する側に配置されている。

ここで、コンデンサマイクロホンユニット１０と、リボンマイクロホンユニット２０について説明する。図３は、コンデンサマイクロホンユニット１０の外観図である。コンデンサマイクロホンユニット１０は無指向性マイクロホンユニットである。コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子は、図３に正対した左方向端部付近に位置している。

図４は、リボンマイクロホンユニット２０の外観を示す図である。図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は平面図である。図４（ｂ）に示すように、リボンマイクロホンユニット２０は、所定の長さを有するリボン形振動板２１が前後に配置されている。リボン形振動板２１の外側には、それぞれのリボン形振動板２１を保護する保護板２３が配置されている。図４（ａ）に示すように、保護板２３には複数の孔２４が形成されている。この孔２４を通過した音波がリボン形振動板２１を振動させる。したがって、リボンマイクロホンユニット２０の音響端子は、２つのリボン形振動板２１の長手方向のそれぞれに形成される。つまり、リボンマイクロホンユニット２０は、リボン形振動板２１が振動する方向の一方の側に一の音響端子である第１の音響端子が形成されていて、他方の側に他の音響端子である第２の音響端子が形成されている。

図１に戻る。リボンマイクロホンユニット２０が有する２つの音響端子のうち、第１の音響端子は、ステレオマイクロホン１００の中心側に向いている。第１の音響端子は、ステレオマイクロホン１００の平面視における中心近くに存在する。また、第２の音響端子は、ステレオマイクロホン１００の外側に向いている。第２の音響端子は、ステレオマイクロホン１００の平面視における外側に存在する。

図２は、ステレオマイクロホン１００を側面図である。図２は、図１に示した矢印Ａの方向からステレオマイクロホン１００を見た図である。図２に示すように、リボンマイクロホンユニット２０とコンデンサマイクロホンユニット１０の相対的な位置が固定されている。すなわち、コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子がリボンマイクロホンユニット２０の振動板の長手方向の中間付近にあるように、コンデンサマイクロホンユニット１０とリボンマイクロホンユニット２０は固定されている。

図１および図２から明らかなように、リボンマイクロホンユニット２０の振動板の長手方向を垂直方向とした場合の水平方向の面（水平面）内において、各リボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの第１の音響端子同士の距離は短い。すなわち、ステレオマイクロホン１００は、２つのリボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの第１の音響端子が近接している。一方、リボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの第２の音響端子同士は、水平面内において所定の広がりを形成する方向に向いている。すなわち、ステレオマイクロホン１００は、２つのリボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの第２の音響端子が離間している。

また、図３を用いて説明したとおり、コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子は、リボンマイクロホンユニット２０の振動板の長手方向を垂直方向とした場合の水平方向の面であり、かつ、リボンマイクロホンユニット２０を含む面内に配置されている。すなわち、コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子は、リボンマイクロホンユニット２０の第１音響端子と第２の音響端子のそれぞれに近接する位置に配置されている。

リボンマイクロホンユニット２０の第１の音響端子と第２の音響端子は、各指向軸Ｄ２を含む同一平面内にあり、コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子は、各リボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの第１の音響端子及び第２の音響端子に近接する位置に配置されている。コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子とリボンマイクロホンユニット２０の各第２の音響端子は、近接しているので同じ音を収音する。コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子とリボンマイクロホンユニット２０の各第１の音響端子と各第２の音響端子の配置を、上記の配置のようにすることで、指向軸Ｄ２を持つ単一指向性マイクロホンと同様の指向性を実現することができる。

ここで音響端子について説明する。この実施形態において音響端子とは、コンデンサマイクロホンユニット１０およびリボンマイクロホンユニット２０のそれぞれに対して実効的に音圧を与える空気の位置を指す。言い換えれば、音響端子とは、各マイクロホンユニットが備えるそれぞれの振動板と同時に動く空気の中心位置である。いうなれば、各マイクロホンユニットに対する音響的な中心である。

上記のとおり、この実施形態において、左右２つのリボンマイクロホンユニット２０は、１つの無指向性のコンデンサマイクロホンユニット１０と近接して配置されている。そのため、コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子とリボンマイクロホンユニット２０の第１の音響端子は近接する。同様に、リボンマイクロホンユニット２０の第２の音響端子もコンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子に近接する。このとき、コンデンサマイクロホンユニット１０とリボンマイクロホンユニット２０が実効的に受ける音波の音圧は等価であり、コンデンサマイクロホンユニット１０とリボンマイクロホンユニット２０は、指向軸Ｄ２方向において、同じ音波を収音している。そのため、左右それぞれのリボンマイクロホンユニット２０の信号出力は、１つのコンデンサマイクロホンユニット１０の信号出力と加算される。

このことによって、この実施形態における複数のマイクロホンユニットの組み合わせは、指向軸Ｄ２を持つ２つの単一指向性マイクロホンとして動作するため、ステレオマイクロホン１００としての指向特性を有する。

また、２つのリボンマイクロホンユニット２０は、指向特性の中心軸Ｄ１に対して線対称に配置される。そのため、２つのリボンマイクロホンユニット２０のそれぞれの音響端子の位置は、中心軸Ｄ１に対してずれていない。したがって、それぞれのリボンマイクロホンユニット２０とコンデンサマイクロホンユニット１０の組み合わせにより構成される２つの単一指向性マイクロホンユニットは、同じ特性になる。

ここで、コンデンサマイクロホンユニット１０の周波数応答とリボンマイクロホンユニット２０の周波数応答、および、これらの組み合わせにより構成されるステレオマイクロホン１００の周波数応答について説明する。図６は、各周波数応答の例を示す図である。図６（ａ）は、コンデンサマイクロホンユニット１０の周波数応答の例を示す図である。図６（ｂ）は、リボンマイクロホンユニット２０の周波数応答の例を示す図である。図６（ｃ）は、ステレオマイクロホン１００の周波数応答の例を示す図である。

無指向性であるコンデンサマイクロホンユニット１０は、弾性制御型である。したがって、コンデンサマイクロホンユニット１０の周波数応答は、図６（ａ）に示すように、共振周波数ｆｒ以下の周波数帯域において出力レベルがほぼ一定であり、周波数の変化に対して安定している。一方、共振周波数ｆｒ１よりも高い周波数帯域では、周波数の上昇変動に対して出力レベルの変化が大きい。共振周波数ｆｒ１よりも高い周波数に対しては、出力レベルが急激に低下している。この変化量は、概ね−１２ｄＢ／ｏｃｔ（１オクターブ当たり−１２ｄＢの低下）である。

また、双指向性であるリボンマイクロホンユニット２０は、質量制御型である。したがって、リボンマイクロホンユニット２０の周波数応答は、図６（ｂ）に示すように、共振周波数ｆｒ２以上の周波数帯域において出力レベルがほぼ一定であり、周波数の変化に対して安定している。一方、共振周波数ｆｒ２よりも低い周波数帯域では、周波数変動に対する出力レベルの変化が大きい。この変化量は、概ね１２ｄＢ／ｏｃｔ（１オクターブ当たり１２ｄＢの上昇）である。

ステレオマイクロホン１００は、弾性制御型と質量制御型のマイクロホンユニットを組み合わせて構成されている。そこで、ステレオマイクロホン１００の周波数応答は、図６（ｃ）に示すように、弾性制御型と質量制御型の相反する周波数応答を合わせたような周波数応答になる。すなわち、ステレオマイクロホン１００は、低域から高域までの広い周波数帯域において出力レベルの変動が少なく平坦で安定した周波数特性を持つ。

なお、図６（ｃ）に示すように、ステレオマイクロホン１００の周波数応答は、低域の共振周波数ｆｒ２よりも低い周波数帯域および高域の共振周波数ｆｒ１よりも高い周波数帯域のそれぞれにおいて出力レベルが変化する。しかし、この変化量は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示した周波数応答における変化量と比べると緩やかであって、概ね６ｄＢ／ｏｃｔである。すなわち、ステレオマイクロホン１００における周波数応答の変化は、コンデンサマイクロホンユニット１０とリボンマイクロホンユニット２０の単独の周波数応答における変化に比べて、およそ１／２になる。ステレオマイクロホン１００は、上記のような周波数応答を有しているので、他の方式に比べて平坦な周波数応答を実現でき、高い周波数の音波も、指向軸が外れることなく収音することができる。

次に、ステレオマイクロホン１００の指向特性について説明する。図７は、各指向特性の例を示す図である。図７（ａ）は、コンデンサマイクロホンユニット１０の指向特性の例を示す図である。図７（ｂ）は、リボンマイクロホンユニット２０の指向特性の例を示す図である。図７（ｃ）は、コンデンサマイクロホンユニット１０とリボンマイクロホンユニット２０を組み合わせたマイクロホンユニットの指向特性の例を示す図である。

図７（ａ）に示すようにコンデンサマイクロホンユニット１０は無指向性であるから、全方向において音を捉える。図７（ｂ）に示すようにリボンマイクロホンユニット２０は双指向性であるから、音源方向と音源の反対方向の音を強く捉える。図７（ｃ）は、無指向性と双指向性を組み合わせた特性であって、音源方向からの音を強く捉えるいわゆる単一指向性になる。すなわち、コンデンサマイクロホンユニット１０とリボンマイクロホンユニット２０を組み合わせたマイクロホンユニットの指向特性は、単一指向性になる。

図８は、ステレオマイクロホン１００の指向特性の例を示す図である。図８に示すように、ステレオマイクロホン１００の指向特性は、コンデンサマイクロホンユニット１０と１のリボンマイクロホンユニット２０との組み合わせによる右チャンネル３１の単一指向特性と、コンデンサマイクロホンユニット１０と他のリボンマイクロホンユニット２０との組み合わせによる左チャンネル３２の単一指向性と、を組み合わせた指向特性になる。

次に、ステレオマイクロホン１００の回路構成について説明する。図５は、ステレオマイクロホン１００の回路構成を示す回路図である。図５に示すように、ステレオマイクロホン１００は、コンデンサマイクロホンユニット１０の出力部を２つの系統に分離している。分離されたコンデンサマイクロホンユニット１０のそれぞれ出力端は、各リボンマイクロホンユニット２０の出力端と一緒にＲｃｈとＬｃｈを構成している。コンデンサマイクロホンユニット１０の分離された出力部には、各系統に可変抵抗ＶＲ２と可変抵抗ＶＲ３が接続される。この可変抵抗ＶＲ２と可変抵抗ＶＲ３によって、コンデンサマイクロホンユニット１０の出力信号のレベルは可変可能であって、分離されたそれぞれの出力が別々に独立して調整できるようになっている。また、２つのリボンマイクロホンユニット２０の出力部にも、可変抵抗ＶＲ１と可変抵抗ＶＲ４が接続されている。この可変抵抗ＶＲ１と可変抵抗ＶＲ４によって、各リボンマイクロホンユニット２０の出力信号は、それぞれを独立して調整可能になっている。

コンデンサマイクロホンユニット１０の一方の系統である出力端（ＰＩＮ４）とリボンマイクロホンユニット２０の一方の出力端（ＰＩＮ５）からの出力信号によって、ステレオマイクロホン１００の右チャネル（Ｒｃｈ）の出力信号が構成される。また、コンデンサマイクロホンユニット１０の他方の出力系統である出力端（ＰＩＮ２）とリボンマイクロホンユニット２０の他方の出力端（ＰＩＮ３）からの出力信号によって、ステレオマイクロホン１００の左チャネル（Ｌｃｈ）の出力信号が構成される。

以上の構成を備えるステレオマイクロホン１００は、１つのコンデンサマイクロホンユニット１０から出力される信号レベルを分離し、ＲｃｈとＬｃｈとして利用できる。また、分離した出力信号のそれぞれのレベルは、独立して変更することができる。したがって、ステレオマイクロホン１００の指向性は、コンデンサマイクロホンユニット１０の出力レベルを変更することで変化する。

具体的には、コンデンサマイクロホンユニット１０からの出力信号レベルをリボンマイクロホンユニット２０からの出力信号レベルに対して相対的に大きくすると、ステレオマイクロホン１００の出力信号における無指向性成分が大きくなる。その結果、ステレオマイクロホン１００の指向性はサブカーディオイドになる。

また、コンデンサマイクロホンユニット１０から出力される信号レベルをリボンマイクロホンユニット２０から出力される信号レベルに対して相対的に小さくすると、ステレオマイクロホン１００の出力信号における無指向性成分が小さくなる。これによって、ステレオマイクロホン１００の指向性はハイパーカーディオイドになる。

また、各リボンマイクロホンユニット２０から出力される信号レベルをそれぞれ変化させると、ステレオマイクロホン１００の指向特性の中心軸（収音軸）Ｄ１の方向を変化させることができる。すなわち、左右それぞれの音の大きさが変化するため、収音された音の左右のバランスが調整できる。

以上説明したステレオマイクロホン１００によれば、良好な周波数応答と指向性のＸＹステレオ方式を実現することができる。すなわち、ステレオマイクロホン１００は、収音方向に対する水平面内の左右において、粒子速度成分を双指向性のリボンマイクロホンユニット２０が検出し、これに対して無指向性のコンデンサマイクロホンユニット１０の音声信号を、それぞれ加算する。これによって、ステレオマイクロホン１００は、無指向性マイクロホンユニットが１つにも関わらず、単一指向性マイクロホンユニットを組み合わせたときと同様のステレオ収音を可能にする。

また、ステレオマイクロホン１００によれば、リボンマイクロホンユニット２０の音響端子と、コンデンサマイクロホンユニット１０の音響端子を近接させて配置することができる。これによって、ステレオマイクロホン１００では、高い周波数を収音するときにも、指向軸が外れずに収音することができる。

また、ステレオマイクロホン１００は、無指向性成分と双指向性成分の合成比を左右それぞれにおいて可変できるから、全体の指向性を左右独立して可変できる。また、ステレオマイクロホン１００は、３つのマイクロホンユニットを備えているので、それぞれの出力レベルを独立して可変することができる。

なお、２つのリボンマイクロホンユニット２０が形成する角度は、４５°から６０°に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意の角度に設定することができる。

１０ コンデンサマイクロホンユニット
２０ リボンマイクロホンユニット
１００ ステレオマイクロホン

Claims (6)

1. 無指向性マイクロホンユニットと、
   ２つの双指向性マイクロホンユニットと、
   を有するステレオマイクロホンであって、
   上記双指向性マイクロホンユニットは、それぞれの指向軸が上記ステレオマイクロホンの指向特性の中心軸に対して、同一平面内において所定の角度を形成するように配置されていて、
   上記無指向性マイクロホンユニットの音響端子は、上記双指向性マイクロホンユニットの音響端子と近接して配置されている、
   ことを特徴とするステレオマイクロホン。
2. 上記双指向性マイクロホンユニットは、リボンマイクロホンユニットであって、
   上記無指向性マイクロホンユニットの音響端子は、上記リボンマイクロホンユニットの振動板の長手方向の中間付近に位置するように配置されている、
   請求項１記載のステレオマイクロホン。
3. 上記無指向性マイクロホンユニットの出力レベルは可変可能であって、
   上記無指向性マイクロホンユニットの出力レベルに応じて指向性が変化する、
   請求項１記載のステレオマイクロホン。
4. 上記双指向性マイクロホンユニットの指向軸の向きは、それぞれ独立して可変可能である、
   請求項１記載のステレオマイクロホン。
5. 上記無指向性マイクロホンユニットは、上記双指向性マイクロホンユニットのそれぞれの指向軸に直交する軸が交差する点がある側に配置されている、
   請求項１記載のステレオマイクロホン。
6. 上記各双指向性マイクロホンユニットのそれぞれが有する２つの音響端子は、１の音響端子同士は互いに近接し、他の音響端子同士は互いに離間している、
   請求項１記載のステレオマイクロホン。

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