JP6563678B2 - マイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、マイクロホンに関する。

コンデンサマイクロホンは、後部音響端子から取り込まれた音波のうち、コンデンサマイクロホンの音響抵抗と音響容量とで分割された音圧がコンデンサを構成する振動板の後部に加わることで、単一指向性を実現する。コンデンサマイクロホンを構成するコンデンサマイクロホンユニットの音響抵抗値が低いとき、マイクロホンの指向性は双指向性寄り（ハイパーカージオイド等）になる。一方、コンデンサマイクロホンユニットの音響抵抗値が高いとき、マイクロホンの指向性は無指向性寄りになる。

図１３は、従来のコンデンサマイクロホンに用いられるコンデンサマイクロホンユニット（以下「ユニット」という。）の縦断面図である。図１４は、同ユニットの分解縦断面図である。ユニットは、外ケース１２０と、内ケース１３０と、音響変換器を構成する各部材と、を有してなる。

外ケース１２０は、樹脂製で、有底円筒状である。外ケース１２０の前方（集音時に音源側に向けられるマイクロホンの方向：以下、同じ）側に位置する底面には、音源からの音波が通る音波導入孔１２１が形成されている。外ケース１２０の側面の後方には切欠１２２が形成されている。外ケース１２０の後方端は、開口端１２３である。外ケース１２０の内部には、開口端１２３から挿入された内ケース１３０が収納される。外ケース１２０の内部に収納される内ケース１３０は、音響変換器を構成する各部材を収納している。

内ケース１３０は、金属製で、有底円筒状である。内ケース１３０の前方側に位置する底面には、音波導入孔１２１からの音波が通る前部音孔１３１が形成されている。内ケース１３０の側面のうち、内ケース１３０が外ケース１２０に収納されたときに切欠１２２と連通する位置には、後部音孔１３２が形成されている。内ケース１３０の後方端は、開口端１３３である。内ケース１３０の内部には、開口端１３３から挿入された音響変換器を構成する部材が収納される。

内ケース１３０に収納される音響変換器は、振動板１４２、スペーサ１４３、固定極１４４、絶縁体１４５、音響抵抗材１４６、ナット１４７、コンタクト１４８、ロックリング１５０、結合ネジ１５１、音声信号出力回路基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）１５２、電解効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）１５３である。

振動板１４２と固定極１４４とは、スペーサ１４３を介して対向するように配置されてコンデンサを構成する。振動板１４２と固定極１４４との間には、スペーサ１４３の厚さに相当する幅の空気層が形成される。

振動板１４２には、片面に金属（好ましくは金）蒸着膜を有する合成樹脂の薄膜フィルムが用いられる。振動板１４２は、所定の張力が付与された状態で振動板保持体１４１に張設されている。

固定極１４４は、金属製の円板状である。固定極１４４の少なくとも一面側、例えば、振動板１４２の対向面にはエレクトレット板が貼り付けられて、エレクトレットボードを構成する。固定極１４４には、音波が通る複数の音孔１４４ｈが固定極１４４の厚さ方向（紙面上下方向）に形成されている。

絶縁体１４５は、合成樹脂からなるシリンダ状である。絶縁体１４５の前方端に形成された円形の凹陥部には、固定極１４４が嵌められている。絶縁体１４５のこの凹陥部よりも内周側に形成されたリング状の凹陥部には、音響抵抗材１４９が嵌められている。音響抵抗材１４９は、例えば、ウレタン樹脂製の多孔質のスポンジである。

絶縁体１４５の中央部の前後方向（紙面上下方向）には、孔が形成されている。この孔には、固定極１４４に発生する電気信号を取り出すためのコンタクト１４８が嵌められている。コンタクト１４８は、インピーダンス変換器を構成するＦＥＴ１５３と電気的に接続する。

絶縁体１４５には、音響抵抗材１４９が嵌められる凹陥部と連通するドーナツ状の孔が前後方向（紙面上下方向）に形成される。この孔の前方は音響抵抗材１４９で覆われていて、この孔の後方は音響抵抗材１４６で覆われる。音響抵抗材１４６は、ナット１４７とロックリング１５０とで絶縁体１４５に固定される。音響抵抗材１４６は、その圧縮比により音響抵抗値が変化するナイロンメッシュや連続気泡のスポンジなどである。

音響変換器は、音波導入孔１２１、前部音孔１３１、切欠１２２、後部音孔１３２、音響抵抗材１４６、音響抵抗材１４９を通過した音波により振動板１４２が振動したときの振動板１４２と固定極１４４とで構成されるコンデンサの静電容量の変化に応じた電気信号を出力する。音響変換器により出力される電気信号は、コンタクト１４８、ＦＥＴ１５３、ＰＣＢ１５２を介して、コンデンサマイクロホンの不図示のコネクタに出力される。

ユニットの音響抵抗値を個々のユニットごとに調整することができれば、個体差の無い斉一な単一指向性のコンデンサマイクロホンを実現することができる。これまでにも、音響抵抗材１４６をナット１４７の前後方向（紙面上下方向）に進退させて音響抵抗材１４６の圧縮比を変えて音響抵抗値を調整することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１０８９４号公報

しかし、安価なコンデンサマイクロホンユニットの場合、ユニットの大きさなどの問題があることから、音響抵抗値を調整する構造を採用することができない。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、指向性の調整が容易なマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、振動板と、振動板との間でコンデンサを構成する固定極と、固定極を支持する支持体と、支持体に形成された音孔を覆う音響抵抗体と、を有してなり、音孔からの音波は、音響抵抗体を通過し、音響抵抗体の音響抵抗値は、少なくとも音響抵抗体の音孔の径方向の長さに応じて設定される、ことを特徴とする。

本発明によれば、指向性の調整が容易である。

本発明にかかるマイクロホンの実施の形態を示す縦断面図である。 上記マイクロホンの分解縦断面図である。 上記マイクロホンを構成するマイクロホンケースの分解縦断面図である。 上記マイクロホンを構成するマイクロホンユニットのユニットケースの縦断面図である。 上記ユニットケース内に配置される音響変換器の縦断面図である。 上記音響変換器の分解縦断面図である。 上記マイクロホンを構成する音響抵抗体の縦断面図である。 上記マイクロホンの組み立て方法を示す縦断面図である。 上記音響変換器からの音波が上記音響抵抗体を通過する様子を示す模式図である。 上記音響変換器からの音波が上記音響抵抗体とは別の音響抵抗体を通過する様子を示す模式図である。 上記マイクロホンのポーラパターンである。 上記マイクロホンの別のポーラパターンである。 従来のマイクロホンを構成するマイクロホンユニットの縦断面図である。 図１３のマイクロホンユニットの分解縦断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかるマイクロホンの実施の形態について説明する。

●先ず、本発明のマイクロホンの構成を説明する。

図１は、本発明にかかるマイクロホンの実施の形態を示す縦断面図である。
図２は、同マイクロホンの分解縦断面図である。
本発明にかかるマイクロホンは、マイクロホンケース１に収納された、弾性体２と、音響変換器４を収納したユニットケース３と、音響抵抗体５と、音声信号出力回路基板６と、マイクロホンケーブル８が挿通された後部ケース７と、を有してなる。

音響変換器４が収納されたユニットケース３は、マイクロホンのコンデンサマイクロホンユニット（以下、「ユニット」という。）１０を構成する。

図３は、マイクロホンケース１の縦断面図である。
マイクロホンケース１は、金属製で、有底円筒状である。マイクロホンケース１の前方（集音時に音源側に向けられるマイクロホンの方向。以下、同じ。）側に位置する底面には、音波導入孔１１ｈが形成されている。

なお、マイクロホンケースの形状は、有底円筒状に限らず、例えば、円筒状としてもよい。円筒状のマイクロホンケースの場合、マイクロホンケースの両端の２つの開口のいずれか一方に、有底円筒状で底面に音波導入孔が形成されたキャップを被せる。

図４は、ユニットケース３の縦断面図である。
ユニットケース３は、金属製で、有底円筒状である。ユニットケース３の前方側に位置する底面には、音源からの音波が通る音波導入孔３ｈが形成されている。ユニットケース３の後方端は、開口端３ｅである。

図５は、音響変換器４の縦断面図である。
図６は、音響変換器４の分解縦断面図である。
音響変換器４は、振動板保持体（ダイヤフラムリング）４１に張設された振動板４２、スペーサ４３、固定極４４、第１音響抵抗材４５、第２音響抵抗材４６、支持体４７、絶縁体４８、を有してなる。音響変換器４は、ユニットケース３内に配置される。振動板４２と固定極４４とは、コンデンサを構成する。このコンデンサの静電容量は、音波導入孔１１ｈ、３ｈからユニットケース３内に入る音波により振動板４２が振動することで変化する。

振動板４２と固定極４４とは、スペーサ４３を介して対向して配置される。振動板４２と固定極４４との間には、スペーサ４３の厚さに相当する幅の空気層（隙間）が形成される。

スペーサ４３は、合成樹脂などを素材とする薄いリング状である。

振動板４２は、片面に金属（好ましくは金）蒸着膜を有する円板状の合成樹脂の薄膜フィルムである。

固定極４４は、金属製で、円板状である。固定極４４の少なくとも一面側、例えば、振動板４２との対向面側にはエレクトレット板が貼り付けられて、エレクトレットボードを構成する。固定極４４には、音波が通る複数の音孔４４ｈが固定極４４の厚さ方向（紙面上下方向）に形成されている。

第１音響抵抗材４５は、円板状の連続気泡のスポンジである。

第２音響抵抗材４６は、円板状のナイロンメッシュである。

支持体４７は、金属製で、有底筒状である。支持体４７は、支持体の前方側に位置する開口端４７ｅに設けられたフランジで、固定極４４を後方側から支持する。支持体４７は、固定極４４の後方側に空気室を形成する。支持体４７の後方側に位置する底面には音孔４７ｈが形成されている。音孔４７ｈは、支持体４７の外側から音響抵抗体５で覆われて塞がれる。

絶縁体４８は、合成樹脂などの絶縁材で、円筒状である。絶縁体４８の孔４８ｈには、支持体４７が被嵌される。

図７は、音響抵抗体５の縦断面図である。
音響抵抗体５は、音波通過体５１と音波不通過体５２とを有してなる。音波通過体５１は、音波が通過可能な導電布などの導電性弾性体である。音波不通過体５２は、音波が通過不可能あるいは音波通過体５１に比べて音波が通過し難い銅箔やアルミ箔などのシールド層である。音波通過体５１と音波不通過体５２とは、同径の円形である。音響抵抗体５は、音波通過体５１と音波不通過体５２それぞれの中心が重なるように貼り合わせて構成されている。

なお、音波不通過体５２の別の例としては、例えば、音波通過体５１の片面に塗布された接着剤の接着層であってもよく、あるいは、音波を通過させない作用を備えた液体を音波通過体５１の片面側に含浸させたものでもよい。

音声信号出力回路基板６は、板状で、略矩形である。音声信号出力回路基板６には、音響変換器４のインピーダンス変換器を構成する電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）や、振動板４２と固定極４４との間で生じる静電容量の変化を電気信号に変換して出力する回路などが組み込まれている。

音声信号出力回路基板６の形状について、図２を参照しながら説明する。
音声信号出力回路基板６は、長さ方向の対向する２辺のそれぞれに、短幅部と長幅部との境界部に受部６１が形成されている。長さ方向とは、音声信号出力回路基板６の面に沿う方向（紙面上下方向）であって、音声信号出力回路基板６の厚さ方向に直交する方向である。短幅部とは、音声信号出力回路基板６の幅方向の長さが短い部分（受部６１より紙面上側の部分）である。長幅部とは、音声信号出力回路基板６の幅方向の長さが短幅部より長い部分（受部６１より紙面下側の部分）である。幅方向とは、長さ方向に直交する方向（紙面左右方向）である。

なお、受部６１は、後述するように、ユニットケース３の開口端３ｅが当接してマイクロホンケース１内のユニットケース３の位置決めが実現されるように、音声信号出力回路基板６の外周縁の一部に設けられていればよい。すなわち、例えば、受部６１は、音声信号出力回路基板６の長さ方向の対向する２辺のうち、少なくとも１辺にのみ形成されていてもよい。

音声信号出力回路基板６の前方（紙面上側）の外周縁の一部には、後述するように、音響抵抗体５が載置される凹部６２が形成されている。

後部ケース７は、金属製で、中空の略円筒状である。後部ケース７には、音声信号出力回路基板６の後方（図２の紙面下側）の一部が挿入される切欠溝が形成されている。音声信号出力回路基板６は、後方の一部が後部ケース７の切欠溝に挿入されて電気的に接続された状態で、後部ケース７に固定される。

音声信号出力回路基板６は、後部ケース７内に挿通されるマイクロホンケーブル８を介して、不図示のコネクタと電気的に接続する。コネクタは、例えば、ＥＩＡＪ ＲＣ−５２３６「音響機器用ラッチロック式丸型コネクタ」に規定される接地用の１番ピンと、信号のホット側の２番ピンとコールド側の３番ピンを有する出力コネクタである。

●次に、マイクロホンの組み立て方法を説明する。

図８は、マイクロホンの組み立て方法を示すマイクロホンの分解縦断面図である。

先ず、マイクロホンケース１内の底面側に、弾性体２が配置される。つまり、弾性体２は、マイクロホンケース１の内部から音波導入孔１１ｈを覆う。

ユニット１０は、音響変換器４が、振動板４２がユニットケース３の音波導入孔３ｈ側、固定極４４がユニットケース３の開口端３ｅ側、となるように、ユニットケース３内に配置されて構成される。

音響抵抗体５は、音波不通過体５２が音声信号出力回路基板６の凹部６２の底面側、つまり、音波通過体５１が前方側で音波不通過体５２が後方側になるように、凹部６２内に載置される。

次いで、音声信号出力回路基板６の短幅部がユニットケース３の開口端３ｅ側からユニットケース３の内部に挿入されて、短幅部はユニットケース３の開口端３ｅに被嵌される。音声信号出力回路基板６は、音声信号出力回路基板６の受部６１がユニットケース３の開口端３ｅに当接すると、それ以上はユニットケース３内に挿入されない。

ユニットケース３内の音響変換器４の支持体４７と、音声信号出力回路基板６との間、つまり、ユニット１０と音声信号出力回路基板６との間には、音響抵抗体５が介在している。このとき、音波通過体５１は、支持体４７の音孔４７ｈに対抗して配置される。よって、音波不通過体５２は、音波通過体５１の音孔４７ｈとの対向面と反対側の面に配置されることになる。音響抵抗体５の音波通過体５１は、支持体４７と音声信号出力回路基板６とを電気的に接続する。

音声信号出力回路基板６がユニットケース３内に挿入されたとき、音声信号出力回路基板６からの応力は音響抵抗体５を介してユニットケース３内の音響変換器４に伝わる。この応力の一部は、音響抵抗体５の音波通過体５１の弾性により吸収される。つまり、音波通過体５１は、ユニット１０と音声信号出力回路基板６との間の緩衝材の役割を果たす。

なお、ユニット１０と音声信号出力回路基板６と後部ケース７とマイクロホンケーブル８とを接続した状態において、ユニット１０の感度などのテスト（ライン測定）が可能である。このテストの結果、ユニット１０が不良であることが判明すれば、ユニット１０の交換が必要であるが、ユニット１０はマイクロホンケース１に収納される前であるため、ユニット１０の交換は簡単である。

ユニット１０と音声信号出力回路基板６並びに後部ケース７の一部は、ユニット１０側を前方側にして、マイクロホンケース１の開口端１３ｅ側からマイクロホンケース１の内部に挿入される。マイクロホンケース１は、マイクロホンケース１の開口端１３ｅが後部ケース７の外周面に設けられた受部７１に当接した状態で、ネジ止めなどにより後部ケース７に固定されて、図１に示した状態になる。ユニットケース３がマイクロホンケース１に収納されたとき、音波導入孔３ｈの位置は音波導入孔１１ｈに対向する位置になる。図１に示すように、マイクロホンケース１とユニットケース３との間に、弾性体２が配置される。つまり、弾性体２は、マイクロホンケース１とユニットケース３との間の緩衝材の役割を果たす。

マイクロホンケース１内のユニット１０は、ユニットケース３の開口端３ｅと音声信号出力回路基板６の受部６１とが当接した状態で、マイクロホンケース１内に位置決めされる。マイクロホンケース１内のユニット１０には、マイクロホンケース１から後方側への応力が加わると共に、音声信号出力回路基板６から前方側への応力が加わる。マイクロホンケース１からユニット１０に加わる応力の一部は、弾性体２に吸収される。音声信号出力回路基板６からユニット１０に加わる応力の一部は、音波通過体５１に吸収される。つまり、例えば、弾性体２や音波通過体５１の形状・大きさやその弾性係数などは、ユニット１０に過剰な応力が加わらない値に設定される。その結果、マイクロホンケース１内に収納されて位置決めされたユニット１０の位置は、一定となる。

●次に、本発明にかかるマイクロホンの音響抵抗値と指向性を説明する。

マイクロホンケース１内の底面には、弾性体２が配置されている。音源からの音波は、マイクロホンケース１の音波導入孔１１ｈと弾性体２を通過してマイクロホンケース１の内部に入る。弾性体２を通過した音波は、音響変換器４を介して音響抵抗体５を通過する。

図９は、音響変換器４からの音波が音響抵抗体５を通過する様子を示す模式図である。支持体４７の音孔４７ｈを通過した音波は、音波不通過体５２を通過することなく、音波通過体５１を通過する。すなわち、図中の矢印に示すように、前方から後方に向けて、つまり、紙面上側から下側に向けて音孔４７ｈを通過した音波は、音波通過体５１を紙面左右方向（音孔４７ｈの径方向）に向けて通過する。よって、音響抵抗体５の音響抵抗値、つまり、マイクロホンの音響抵抗値は、少なくとも音波通過体５１の音孔４７ｈの径方向の長さに応じて設定される。

図１０は、音響変換器４からの音波が音響抵抗体５ａを通過する様子を示す別の模式図である。音響抵抗体５ａは、音孔４７ｈの径方向の長さが音響抵抗体５よりも長い、音波通過体５１ａと音波不通過体５２ａとで構成されている。音響抵抗体５ａの音孔４７ｈの径方向の長さが、図９に示した音響抵抗体５の音孔４７ｈの径方向の長さに比べて長いため、音響抵抗体５ａの音響抵抗値は、図９の音響抵抗体５の音響抵抗値よりも大きい。

このように、音響抵抗体５、５ａの音孔４７ｈの径方向の長さを変えることで、換言すれば、音孔４７ｈの径の長さと音響抵抗体５、５ａの音孔４７ｈの径方向の長さとの比を変えることで、マイクロホンの音響抵抗値を変更することができる。よって、音響抵抗体５、５ａの音孔４７ｈの径方向の長さを変えることで、マイクロホンの指向性を変更して調整することができる。

図１１と図１２は、音響抵抗体の音孔４７ｈの径方向の長さの異なるマイクロホンの指向性を示すポーラパターンである。図１１は音孔４７ｈの径方向の長さが短い（音響抵抗値が小さい）音響抵抗体を用いた場合であり、図１２は同長さが長い（音響抵抗値が大きい）場合である。図１１は、マイクロホンの指向性がハイパーカージオイドであることを示している。図１２は、マイクロホンの指向性がカージオイドであることを示している。

●次に、本発明にかかるマイクロホンの音響端子間距離を説明する。

マイクロホンの音響端子間距離は、振動板４２の前方側に存在する第１の音響端子と、音孔４７ｈの後方側に存在する第２の音響端子との間の距離である。第１の音響端子の位置は、音響変換器４からの音波が音響抵抗体５をどのように通過するかに関わらず一定である。第２の音響端子の位置は、音響変換器４からの音波が音響抵抗体５を前方から後方ではなく、音孔４７ｈの径方向に通過することで、一定となる。よって、マイクロホンの音響端子間距離は、一定となる。その結果、マイクロホンの指向性や周波数依存性は、一定となる。

なお、音響端子とは、ユニット１０に対して、実効的に音圧を与える空気の位置を指す。換言すれば、音響端子とは、ユニット１０が備える振動板４２と同時に移動する空気の中心位置である。すなわち、音響端子は、ユニット１０に対する音響的な中心である。

●以上説明した実施の形態によれば、音響抵抗体５の音孔４７ｈの径方向の長さを調整することで、マイクロホンの音響抵抗値を変更することができるため、マイクロホンの指向性を容易に調整することができる。

１ マイクロホンケース
２ 弾性体
３ ユニットケース
４ 音響変換器
４１ 振動板保持体
４２ 振動板
４３ スペーサ
４４ 固定極
４５ 第１音響抵抗材
４６ 第２音響抵抗材
４７ 支持体
４８ 絶縁体
５ 音響抵抗体
５１ 音波通過体
５２ 音波不通過体
６ 音声信号出力回路基板
７ 後部ケース
８ マイクロホンケーブル
１０ マイクロホンユニット

Claims (6)

1. 振動板と、
   前記振動板との間でコンデンサを構成する固定極と、
   前記固定極を支持する支持体と、
   前記支持体に形成された音孔を覆う音響抵抗体と、
   を有してなり、
   前記音孔からの音波は、前記音響抵抗体を通過し、
   前記音響抵抗体の音響抵抗値は、少なくとも前記音響抵抗体の前記音孔の径方向の長さに応じて設定され、
   前記音響抵抗体は、前記音孔に対向して配置される音波通過体と、前記音波通過体の前記音孔の対向面と反対側の面に配置される音波不通過体とを備える、
   ことを特徴とするマイクロホン。
2. 前記音響抵抗体の音響抵抗値は、前記音孔の径の長さと、前記音響抵抗体の前記音孔の径方向の長さと、の比に応じて設定される、
   請求項１記載のマイクロホン。
3. 前記支持体は、有底筒状で、
   前記音孔は、前記支持体の底部に形成され、
   前記固定極は、前記支持体の開口側に配置され、
   前記音響抵抗体は、前記支持体の外側から前記音孔を覆う、
   請求項１または２記載のマイクロホン。
4. 前記音波通過体は、弾性体である、
   請求項１記載のマイクロホン。
5. 前記コンデンサの静電容量の変化を電気信号に変換する音声信号出力回路基板を備え、
   前記音響抵抗体は、前記支持体と前記音声信号出力回路基板とを電気的に接続する、
   請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロホン。
6. 前記振動板の前方側の第１音響端子と、前記音孔の後方側の第２音響端子と、の音響端子間距離が一定である、
   請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロホン。
   

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