JP6386863B2 - コンタクトマイクロホン - Google Patents

Description

この発明は楽器等に取り付けて、その振動を電気信号に変換するコンタクトマイクロホンに関する。

楽器等の振動を電気信号に変換するコンタクトマイクロホンには、二枚の圧電素子を貼り合わせた構造のバイモルフ型圧電素子（以下、圧電バイモルフと言う。）が利用されている。
この圧電バイモルフを備えたコンタクトマイクロホンは、例えば弦楽器などの胴の一部もしくは弦を支える駒（ブリッジ）の脚部、人間の喉など（収音対象物）に取り付けられて、楽器等の振動を電気信号に変換するものである。特許文献１はその一例を開示している。

このような圧電バイモルフを備えたコンタクトマイクロホンでは、圧電バイモルフの一端部がコンタクトマイクロホンの一部を構成する支持部材に片持ち梁の状態で取り付けられる。また、圧電バイモルフの他端部（自由端側）には、ウエイト（重り）が取り付けられる。
そして、前記支持部材側が楽器からの振動を受けて振動し、前記ウエイトが慣性質量として機能するために、圧電バイモルフに楽器の振動に伴う変位（歪み）が加わる。このとき、圧電バイモルフには変位の大きさに比例した出力電圧が発生する。

この様に、圧電バイモルフは、変位が加わった瞬間に出力電圧を発生する特性、いわゆる加速度に比例した信号出力特性を有する。
圧電バイモルフでは、前記ウエイトを重くして共振周波数を低くすると、低周波領域の感度が高くなる。逆に前記ウエイトを軽くすると共振周波数は高い周波数帯域に移動し、共振周波数以下の周波数帯域全体の感度が低下する。
そして、圧電バイモルフを備えたコンタクトマイクロホンは機械共振系の物理特性を有することから、共振鋭度の高い特有な再生信号がもたらされる。

一方、楽器は、音を発する際に振動する。例えばバイオリンは、弓で弦が擦られることにより弦が振動し、音を発する。この音は、バイオリンのボディによって共鳴し、外部に放出される。このように、楽器の各部位は、音を外部へ放出するための役割を持っている。そのため、楽器の種類や各部位によって、音源となる振動は異なり、複雑な動きを示す。
前記したコンタクトマイクロホンは、楽器の種類やその取り付け位置に応じて、コンタクトマイクロホンの取り付け面に垂直な方向だけでなく、水平方向にも振動する。しかしながら、圧電バイモルフの感度は貼り合わせ面に直交する方向の変位のみに限られる。そのため、従来の圧電バイモルフを用いたコンタクトマイクロホンには、楽器への取り付け部位および取り付け方向に応じて感度が変化するという課題がある。また、従来のコンタクトマイクロホンでは、原音に忠実な収音ができず、楽器の音色が忠実に再現できないという課題もある。
したがって、コンタクトマイクロホンの取り付け面に対して垂直方向および水平方向の両方向に感度を持たせたコンタクトマイクロホンが提供されることが望まれる。

特開２０１０−２８８０４８号公報

この発明は、前記した圧電バイモルフを用いたコンタクトマイクロホンにおける特有の課題を解決するためになされたものであり、コンタクトマイクロホンの取り付け面に対して垂直および水平方向の加速度を検出することを可能とし、楽器への取り付け部位や方向にかかわらず高い感度を有すると共に、信号再生時に音色も変化することのないコンタクトマイクロホンを提供することを目的とするものである。
また、圧電バイモルフ特有の前記した共振鋭度を調整することができ、楽器の自然な音声信号を得ることができるコンタクトマイクロホンを提供することを目的とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るコンタクトマイクロホンは、短冊状に形成された少なくとも二枚の圧電バイモルフのそれぞれの一端部が、支持部材に対してそれぞれの貼り合わせ面が互いに直交した状態で取り付けられ、前記各圧電バイモルフの他端部側にはそれぞれウエイトが取り付けられ、前記支持部材に加わる振動に基づく前記各圧電バイモルフによる各出力電圧を、加算して取り出すコンタクトマイクロホンであって、前記各圧電バイモルフの他端部側にそれぞれ取り付けられた各ウエイト間には、所定の間隔を有する隙間が形成され、各ウエイト間の前記隙間には前記各ウエイト間の相対移動を制動する制動剤が注入されていることを特徴とする。

また、一つの好ましい形態においては、前記支持部材の長手方向の下端部に、支持部材に直交するようにプレート状のベース部材が取り付けられ、当該ベース部材における支持部材の取り付け面とは反対面が、コンタクトマイクロホンにおける振動部に対する接合面として利用される。

加えて、前記ベース部材における支持部材の取り付け面と、ベース部材に近い前記一方のウエイトとの間には、所定の間隔を有する隙間が形成され、前記一方のウエイトと前記ベース部材との間の隙間には、両者間の相対移動を制動する制動剤が注入された構成を好適に採用することができる。

この発明に係る前記したコンタクトマイクロホンによると、少なくとも二枚の圧電バイモルフのそれぞれの一端部が、支持部材に対してそれぞれの貼り合わせ面が互いに直交した状態で取り付けられ、前記支持部材に加わる振動に基づく前記各圧電バイモルフによる出力を加算して取り出すように構成される。
これにより垂直および水平方向にわたる複雑な振動を加速度の変化として確実に検出することが可能である。したがって楽器への取り付け部位や方向にかかわらず高い感度を有し、かつ再生時においても音色の変化がない、原音に忠実な収音ができるコンタクトマイクロホンを提供することができる。

そして、前記各圧電バイモルフの他端部側には、それぞれウエイトが取り付けられる。これらのウエイト間には、所定の間隔を有する隙間が形成される。この隙間に制動剤を注入した構成を採用することで、前記各ウエイト間の相対移動を効果的に制動することができる。
また、前記支持部材に直交するように取り付けられたプレート状のベース部材と、このベース部材に近い前記一方のウエイトとの間にも所定の間隔を有する隙間が形成される。この隙間に制動剤を注入した構成を採用することで、より一層の共振鋭度の調整（抑制）効果を発揮することができる。
これにより、圧電バイモルフ特有の共振鋭度を調整（抑制）することができ、楽器特有の自然な音声信号を得ることに寄与できる。

この発明に係るコンタクトマイクロホンの正面図である。 同じく側面図である。 同じく背面図である。 同じく斜視図である。 圧電バイモルフの各出力を加算する例を示した回路構成図である。

この発明に係るコンタクトマイクロホンについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１〜図４は、それぞれ、正面、側面、背面、斜めから見たコンタクトマイクロホン１の全体を示した図である。そのうち、図２おいてに示す後述するベース部材と支持部材には、他部材との識別が明確となるようにハッチングを付けて示している。

符号２は、若干厚みのある板体として直方体状に形成された支持部材を示している。また、ベース部材３も若干厚みのある板体として直方体状に形成されている。支持部材２の下端部は、支持部材２の長手方向が垂直に向くようにベース部材３の端部に取り付けられている。言い換えれば、支持部材２とベース部材３は、それらの為す角度がほぼ直角（９０度）となるようにして取り付けられている。

なお、図において示されている前記ベース部材３の下端面（支持部材２の取り付け面である上側面の反対面）は、コンタクトマイクロホン１における振動部（楽器）に対する接合面３ａとなる。
すなわち、図示せぬ例えば弦楽器等の胴体の面上などに、前記ベース部材３の下側面３ａが載置されるようにして、コンタクトマイクロホン１は取り付けられる。

前記支持部材２には、短冊状に形成された第１と第２の圧電バイモルフ４，５の一端部が埋め込まれるようにして取り付けられている。
前記第１と第２の圧電バイモルフ４，５は、周知のとおりそれぞれ二枚の圧電素子が厚さ方向の中央部で貼り合わせた構造である。第１と第２の圧電バイモルフ４，５は、その長手方向が前記したベース部材３の長手方向に沿って配置されると共に、支持部材２に対して上下に配置された状態に取り付けられている。このとき、第１と第２の圧電バイモルフ４，５のそれぞれの貼り合わせ面４ａ，５ａは、互いに直交した状態になるように取り付けられる。
すなわち、第１と第２の圧電バイモルフ４，５は、貼り合わせ面４ａ，５ａが互いに直交するように、前記支持部材２に対して片持ち梁の状態で取り付けられている。

前記第１と第２の圧電バイモルフ４，５の他端部（自由端側）には、それぞれ直方体状に成形された第１と第２のウエイト（重り）６，７が取り付けられている。
すなわち、第１の圧電バイモルフ４の自由端側の下側面に、前記第１のウエイト６が取り付けられており、また第２の圧電バイモルフ５の自由端側の側面に、前記第２のウエイト７が取り付けられている。

そして、第１のウエイト６の下側面と第２のウエイト７の上側面との間には、所定の間隔を有する隙間８が形成される。この隙間には、前記第１と第２の各ウエイト間の相対移動を制動する制動剤（前記隙間と同一の符号８で示す。）が注入されている。
また、第２のウエイト７の下側面と、前記ベース部材３の上面３ｂとの間には、所定の間隔を有する隙間９が形成される。この隙間には、ベース部材３に対する第２のウエイト７の相対移動を制動する制動剤（前記隙間と同一の符号９で示す。）が注入されている。
前記各隙間８，９に注入される制動剤には、揮発性の少ない、例えば粘性のグリースもしくはゲル剤等が用いられる。

図５は、前記第１圧電バイモルフ４と、第２圧電バイモルフ５によってそれぞれ生成される信号を加算する加算回路の一例を示したものである。
すなわち、第１圧電バイモルフ４の一方の電極はグランドＧＮＤに接続され、他方の電極はＦＥＴＱ１のゲート電極に接続されている。そして、直流動作電源ＶＤＤと、グランドＧＮＤとの間には電圧分割抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点と前記ＦＥＴＱ１のゲート電極との間には、バイアス供給抵抗Ｒ３が接続される。このバイアス供給抵抗Ｒ３を介して、ＦＥＴＱ１のゲート電極に所定のバイアス電圧が印加される。

また、前記ＦＥＴＱ１のドレイン電極には直流動作電源ＶＤＤが供給される。ＦＥＴＱ１のソース電極とグランドＧＮＤとの間には、可変抵抗ＶＲ１が接続されている。そして、この可変抵抗ＶＲ１の摺動端子から、第１圧電バイモルフ４の出力信号が後段に出力される。すなわち、ＦＥＴＱ１はソースフォロアー回路によるインピーダンス変換器を構成している。

また、第２圧電バイモルフ５の一方の電極は、前記した可変抵抗ＶＲ１の摺動端子に接続され、他方の電極はＦＥＴＱ２のゲート電極に接続されている。そして、直流動作電源ＶＤＤと、グランドＧＮＤとの間には電圧分割抵抗Ｒ４，Ｒ５が接続される。抵抗Ｒ４，Ｒ５の接続点と前記ＦＥＴＱ２のゲート電極との間には、バイアス供給抵抗Ｒ６が接続されて、ゲート電極に所定のバイアス電圧が印加される。

また、前記ＦＥＴＱ２のドレイン電極には直流動作電源ＶＤＤが供給される。ＦＥＴＱ２のソース電極とグランドＧＮＤとの間には、可変抵抗ＶＲ２が接続されている。ＦＥＴＱ２はソースフォロアー回路によるインピーダンス変換器を構成している。
そして、可変抵抗ＶＲ２の摺動端子が、コンタクトマイクロホン１の出力端子Ｏｕｔを構成している。

この図５に示す回路構成によると、第１圧電バイモルフ４からの出力信号は、インピーダンス変換器ＦＥＴＱ１を介して第２圧電バイモルフ５の基準電位側に入力される。このことにより、第１圧電バイモルフ４からの出力信号は第２圧電バイモルフ５を駆動するように作用する。これは、第１圧電バイモルフ４と第２圧電バイモルフ５は直列に接続されたことになり、結果として第１と第２の圧電バイモルフ４，５による個々の出力信号が、加算された状態で、出力端子Ｏｕｔより出力される。

以上のように構成されたコンタクトマイクロホン１は、前記したとおりベース部材３の下側面である振動部への接合面３ａが例えば弦楽器等の胴体の一部に載置されるようにして取り付けられる。したがって、弦楽器等に発生する振動は、ベース部材３および前記支持部材２を介して、第１と第２の圧電バイモルフ４，５に伝達される。

一方、各圧電バイモルフ４，５の自由端側には、第１と第２のウエイト６，７が取り付けられている。これらのウエイト６，７は各圧電バイモルフ４，５に対する慣性質量として作用する。そのため、楽器の振動に伴う図１の矢印方向の変位（歪み）が各圧電バイモルフ４，５のそれぞれに加わる。各圧電バイモルフ４，５はそれぞれ変位の大きさに比例した出力電圧を出力する。そして、これら圧電バイモルフ４，５の出力電圧は、図５に例示した加算回路によって、コンタクトマイクロホン１の出力信号（楽器等の音声を電気音響変換した信号）として出力される。

以上説明したこの発明に係るコンタクトマイクロホンによると、振動方向がそれぞれ直交するように配置された二枚の圧電バイモルフの出力電圧を加算して利用するので、垂直および水平方向の振動による加速度を確実に検出することができる。これにより楽器への取り付け部位や方向にかかわらず高い感度を有し、原音に忠実な音声を収音できるコンタクトマイクロホンを提供することができる。そのため、本実施例によるコンタクトマイクロホンによって収音された音声信号は、再生時に音色が変化することのない、再現性の高い音声信号である。

加えて、圧電バイモルフの自由端側に取り付けたウエイト間の隙間に制動剤を注入した構成を採用したので、圧電バイモルフ特有の共振鋭度を調整（抑制）することができる。そのため、楽器特有の自然な音声信号を得ることができるなど、前記した発明の効果の欄に記載したとおりの作用効果を得ることができる。

１ コンタクトマイクロホン
２ 支持部材
３ ベース部材
３ａ 振動部への接合面
３ｂ ベース部材の上面
４ 第１圧電バイモルフ
４ａ 貼り合わせ面
５ 第２圧電バイモルフ
５ａ 貼り合わせ面
６ 第１ウエイト
７ 第２ウエイト
８ 隙間（制動剤）
９ 隙間（制動剤）

Claims (4)

1. 短冊状に形成された少なくとも二枚の圧電バイモルフのそれぞれの一端部が、支持部材に対してそれぞれの貼り合わせ面が互いに直交した状態で取り付けられ、
   前記各圧電バイモルフの他端部側にはそれぞれウエイトが取り付けられ、
   前記支持部材に加わる振動に基づく前記各圧電バイモルフによる各出力電圧を、加算して取り出すコンタクトマイクロホンであって、
   前記各圧電バイモルフの他端部側にそれぞれ取り付けられた各ウエイト間には、所定の間隔を有する隙間が形成され、
   各ウエイト間の前記隙間には前記各ウエイト間の相対移動を制動する制動剤が注入されていることを特徴とするコンタクトマイクロホン。
2. 前記支持部材の長手方向の下端部に、支持部材に直交するようにプレート状のベース部材が取り付けられ、
   当該ベース部材における支持部材の取り付け面とは反対面を、集音対象物に対する接合面としたこと、
   を特徴とする請求項１に記載されたコンタクトマイクロホン。
3. 前記ベース部材における支持部材の取り付け面と、ベース部材に近い前記一方のウエイトとの間には、所定の間隔を有する隙間が形成され、
   前記一方のウエイトと前記ベース部材との間の隙間には、両者間の相対移動を制動する制動剤が注入されていること、
   を特徴とする請求項２に記載されたコンタクトマイクロホン。
4. 前記二つの圧電バイモルフは直列に接続されていること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたコンタクトマイクロホン。

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