JP6603840B2 - 単一指向性マイクロホンユニット - Google Patents

Description

本発明は、単一指向性マイクロホンユニットに関し、特に、安定した周波数特性が得られる単一指向性マイクロホンユニットに関する。

従来、単一指向性のマイクロホンにあっては、図６に示すように音波を収音するためにマイクロホンユニット５０の前方と後方にそれぞれ開口（音孔５１，５２）が設けられる。それによりユニット前方側に前部音響端子６１が形成され、ユニット後方側に後部音響端子６２が形成されている。音響端子とは、マイクロホンユニット５０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、マイクロホンユニットが備える振動板と同時に動く空気の中心位置である。単一指向性のマイクロホンユニットの場合、前記のように音響端子は振動板の前部及び後部にある。

前部音響端子６１と後部音響端子６２との間には一定の距離が設けられ、これは音響端子間距離と呼ばれている。尚、図６において音響端子６１、６２を結ぶ実線が高音域の音響端子間距離であり、破線が低音域の音響端子間距離である。従来、この高音域と低音域の音響端子間距離は略一致している。
マイクロホンに入射される音波は、前部音響端子６１と後部音響端子６２とにそれぞれ時間差をもって入射される。前部と後部のそれぞれに入射された音波は、別々の経路を通り、振動板の前側と後側とで重なり合う。この波の合成により、後部から到来する音波のみが打ち消され、単一指向性は実現される。

ところで、前記音響端子間距離は、マイクロホン形状により決まってしまう。そのため、音響的に不都合がしばしば生じる。例えば、音響端子間距離と波長との関係により特定の周波数において出力が低下する、或いは、正面方向（０°方向）と背面方向（１８０°方向）の出力レベルが同じになることでハウリングが発生しやすくなる、等の課題が発生し得る。
さらには、音響端子間距離と波長との関係により、音波が打ち消し合う、或いは重ね合わさることにより、周波数応答にディップやピークが発生していた。これらディップ及びピークの発生は、周波数特性を一定に保てない要因となっていた。

前記課題に対し、特許文献１に開示されるマイクロホンにあっては、筐体の形状を変更して音響端子間距離を調整し対応している。特許文献１に開示される単一指向性コンデンサマイクロホンは、円筒状のマイクロホンケースの外周に密着して配置された中空管状に形成された指向性可変部材を備える。前記指向性可変部材は、多孔質焼結材により形成される。この指向性可変部材により後部音響端子を覆う態様と、後部音響端子を解放して前部音響端子をマイクロホンケースの前方にずらす態様と、を選択することにより、指向性の微調整が可能となっている。

特開２０１３−２２３０５７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるマイクロホンのようにマイクロホンケースの周りに指向性可変部材を取り付けると、マイクロホンの外形サイズが大きくなり、音響端子間距離が長くなるため、波長の短い高音域での駆動力が低下するという課題があった。
前記のような課題に対しては、従来から図７（ａ）に示すように、後部音孔７２と連通する切り欠き７１を備えた金属製筐体７０によって音響端子間距離や共振の調節が行われていた。或いは、図７（ｂ）に示すように、金属筐体８０には、穿孔によって後部音孔８２に連通する穴８１が形成され、穴径の設定により通過する波長が調節されていた。しかし、これら従来のマイクロホンでは、製造にかかるコストが嵩張るという課題があった。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、単一指向性マイクロホンユニットにおいて、安定した周波数特性を得ることができ、且つ外形サイズの拡大を抑制しつつ製造にかかるコストを抑えることのできる単一指向性マイクロホンユニットを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットは、振動板に受けた音波を電気信号に変換するマイクロホンエレメントを備え、前部音響孔が設けられることにより、前記マイクロホンエレメントの前方に前部音響端子が形成され、後部音響孔が設けられることにより前記マイクロホンエレメントの後方に後部音響端子が形成された単一指向性マイクロホンユニットであって、前記マイクロホンエレメントを覆うマイクロホンキャップを備え、前記マイクロホンキャップは、前記マイクロホンエレメントの前方に配置され、中央側に前記前部音響孔に連通する第１の連通空間を形成する多孔質のリング部材と、前記リング部材の周縁部を支持するとともに前記マイクロホンエレメントの側方周囲を囲み、前記マイクロホンエレメントの側方周囲に前記後部音響孔に連通する第２の連通空間を形成する筒部材とを有し、前記第１の連通空間と前記第２の連通空間とは、前記リング部材を介して連通していることに特徴を有する。
尚、前記リング部材の前部に、該リング部材を覆うメッシュ部材を備えることが望ましい。

このようにマイクロホンユニットの前部に多孔質のリング部材が設けられることにより、音波の周波数によって音波の経路が分けられる。経路の分割によって、周波数に対応して音響端子間距離が調整可能となる。
それにより、例えば特定の音波の波長において、音響端子間距離をずらすことによって、ディップやピークの発生が抑制され、安定した周波数特性が得られる。
また、リング部材の高さ、内径、開口率等の設定により共振作用の強さ及び共振周波数が調整できるため、出力レベルの制御が可能となる。そのため、正面方向と背面方向の出力レベルに差異は発生するため、本発明の構成はハウリングの発生を防止できる。
また、本発明の構成によれば、外形サイズの拡大を抑えつつ、筐体に対する切削や穿孔の加工も必要がないため、製造にかかるコストを抑制できる。
また、リング部材の前面側を覆うようにメッシュ部材が設けられることにより、より防風効果が向上し、風によるノイズの発生が抑制できる。

本発明によれば、安定した周波数特性を得ることができ、且つ外形サイズの拡大を抑制しつつ製造にかかるコストを抑えることのできる単一指向性マイクロホンユニットを得ることができる。

図１は、本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットを備えるマイクロホンの断面図である。 図２は、図１のマイクロホンが備えるコンデンサ型のマイクロホンユニットを拡大した断面図である。 図３は、図２のマイクロホンユニットにおける音響端子の位置を示す断面図である。 図４は、実施例１の結果を示す周波数特性のグラフである。 図５は、比較例１の結果を示す周波数特性のグラフである。 図６は、従来のマイクロホンユニットの構成を示す断面図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）は、従来のマイクロホンユニットにおける加工対策を説明するための正面図及び断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットを備えるマイクロホンの断面図である。図２は、図１のマイクロホンが備えるコンデンサ型のマイクロホンユニットを拡大した断面図である。

図１に示すマイクロホン１は、基本的な構成として、単一指向性のマイクロホンユニット２と、これを支持するユニット支持部３と、ユニット支持部３を内側に保持するマイクグリップとしてのマイクロホン筐体４とを備える。
マイクロホンユニット２を支持するユニット支持部３は金属製のシリンダ５を備え、シリンダ５内には、回路基板６が配置されている。回路基板６には、インピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等を含む音声信号出力部７が実装されている。

また、シリンダ５の上端側（前部側）には、マイクロホンユニット２が着脱可能に連結されている。マイクロホンユニット２の後部側は、シリンダ５の上端開口に連通しており、シリンダ５の上端側側面には、後方音源として音波を取り込むための後部音響孔８が穿設されている。
また、シリンダ５内には、マイクロホンユニットの背後空間の容積調整のため、回路基板６の上面側を音響的に密閉するドーム型のカバー部材９が設けられている。

前記カバー部材９の中央には、電極ロッド１０が貫設されている。電極ロッド１０は、シリンダ５にマイクロホンユニット２が連結された際、マイクロホンユニット２（が有する後述のマイクロホンエレメント２０）と回路基板６とを電気的に接続するようになっている。
また、シリンダ５は、その下方部分（回路基板６よりも下側部分）にマイクロホン筐体４内に挿入される小径の円筒基部５ａを一体に備え、円筒基部５ａの部分で防振手段を介してマイクロホン筐体４に弾性的に保持されるようになっている。

図１においては、前記防振手段は、円筒基部５ａの上端側を支持する第１ショックマウント１１ａと、円筒基部５ａの下端側を支持する第２ショックマウント１１ｂとを含む。前記第１ショックマウント１１ａと第２ショックマウント１１ｂとは、ともにゴム弾性を有する環状体からなる。

本発明にあっては、マイクロホンユニット２の構成に特徴を有しており、以下、図２を用いて詳細に説明する。
マイクロホンユニット２は、振動板に受けた音波を電気信号に変えるマイクロホンエレメント２０を備える。マイクロホンエレメント２０はユニットケーシング２５を備え、このユニットケーシング２５内に、振動板支持リング２１に張設された振動板２２と、絶縁座２３に支持された固定極板２４とが、スペーサリング（図示せず）を挟んで対向配置される。振動板２２は振動板支持リング２１に所定のテンションをかけられた状態で張設されている。ユニットケーシング２５の前面には、複数の前部音響孔２６が形成されている。
尚、振動板２２には、一方の面に金属蒸着膜を有する合成樹脂の薄膜が用いられる。振動板２２は、その金属蒸着膜側が接着剤等を介して振動板支持リング２１に貼着される。

また、図１、図２に示すようにマイクロホンユニット２は、前記マイクロホンエレメント２０（ユニットケーシング２５）の全体を覆うようにシリンダ５の上端側に連結されたマイクロホンキャップ３０を備えている。このマイクロホンキャップ３０は、前記ユニットケーシング２５の側方周囲を覆う円筒部材３１（筒部材）と、前記円筒部材３１の上端側に周縁部が支持されたリング部材３２と、このリング部材３２の前面側を覆うように設けられた金属製のメッシュ部材３３とを有する。尚、前記リング部材３２は、例えば発泡材或いは樹脂材料からなる焼結多孔質体からなり、低音域の音波が通過可能な音響抵抗材として機能する。

前記マイクロホンエレメント２０の側方周囲（円筒部材３１の内周面とユニットケーシング２５の外周面との間）には、後部音響孔８に連通し、音の通路となる連通空間４１（第２の連通空間）が形成されている。
また、前記リング部材３２の中央には連通空間４２（第１の連通空間）が形成される。その底部には、前記ユニットケーシング２５の前面に形成された複数の前部音響孔２６が配置されている。
前記連通空間４１と連通空間４２とは、リング部材３２を介して分離されている。

ここで、前記リング部材３２は低音域の音波が通過しやすい音響抵抗材として機能する。そのため、マイクロホンユニット２において、低音域の音波は、前部音響孔２６から収音されるとともに、リング部材３２を通過する。言い換えれば、低音域の音波は、リング部材３２の中央の連通空間４２、リング部材３２、及び円筒部材３１内の連通空間４１を通る経路ＲＬ１や、リング部材３２、円筒部材３１の外側、及び後部音響孔８を通る経路ＲＬ２なども通過し、振動板２２に伝達する。
また、高音域の音波は、リング部材３２の中央の連通空間４２、及び前部音響孔２６を通る経路ＲＨ１と、マイクロホンユニット２の外側から後部音響孔８を通る経路ＲＨ２を通過して振動板２２に伝達する。

また、図３は、このマイクロホンユニット２における音響端子の位置を示す断面図である。図示するようにマイクロホンユニット２における前部には、高音域における前部音響端子３５Ｈと低音域における前部音響端子３５Ｌとが互いに異なる位置に形成される。また、マイクロホンユニット２における後部には、高音域における後部音響端子３６Ｈと低音域における後部音響端子３６Ｌとが互いに異なる位置に形成される。
即ち、マイクロホンユニット２において、高音域における音響端子間距離（図３において実線部）と低音域における音響端子間距離（図３において破線部）とが異なる。

言い換えれば、本実施の形態にかかる構成は、従来では音波の周波数にかかわらず一定に定められていた音響端子間距離を周波数に応じて変化させることが可能な構成となっている。
このように特定の波長において音響端子間距離をずらすことができるため、例えば、ディップやピークが発生しやすい高域の周波数における音響端子間距離をずらすことにより、ディップやピークの発生が抑制できる。

尚、前部音響端子の周りにリング部材３２が設けられるため、中央の空間４２の容積とリング開口面積とによって決まる周波数により共振現象が発生する。そこで、リング部材３２の高さ、内径、開口率、密度等のパラメータを設定することにより、共振作用の強さ及び周波数を調整することができ、広範囲の周波数帯域にわたり周波数特性の制御が可能となる。
また、正面方向と背面方向の出力レベル差を異なるものとすることが可能となるため、本実施の形態にかかる構成は、ハウリングが生じ難いマイクロホン１を提供できる。

また、マイクロホンユニット２は、マイクキャップ３０として、リング部材３２の前面側を覆うようにメッシュ部材３３を備えているため、より防風効果が向上し、風によるノイズの発生の抑制度合いが格段に向上する。

以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、マイクロホンユニット２の前部に多孔質のリング部材３２が設けられることにより、音波の周波数に応じて音波の経路が分けられ、音響端子間距離を変えることが可能となる。
それにより、例えば特定の音波の波長において、音響端子間距離をずらすことで、ディップやピークの発生を抑制し、安定した周波数特性を備えたマイクロホンユニットが実現できる。
また、リング部材３２の高さ、内径、開口率等の設定により共振作用の強さ及び共振周波数を調整できる。そのため、出力レベルの制御が可能となり、正面方向と背面方向の出力レベルに差異を持たせることにより、ハウリングの発生が防止できる。
また、本発明の構成によれば、外形サイズの拡大を抑えつつ、筐体に対する切削や穿孔の加工も必要がない。そのため、製造にかかるコストも抑制できる。

尚、前記実施の形態においては、マイクロホンユニット２をコンデンサ型のマイクロホンユニットとして説明したが、本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットにあっては、その形態に限定されるものではない。例えば、前記実施の形態は、ダイナミック型の単一指向性のマイクロホンにも適用できる。

本発明に係る単一指向性マイクロホンについて、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した単一指向性のマイクロホンユニットを備えるマイクロホンを作製し、その周波数特性を測定する実験を行うことにより検証した。

［実施例１］
実施例１において、本願出願人は、図１に示した構成の単一指向性のマイクロホンを作製した。
このとき、リング部材の高さ寸法、中央の連通空間の内径、空間容積等のパラメータは、（１）ディップやピークが発生しやすい５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚでの音響端子間距離をずらすこと、（２）正面方向（０°）と背面方向（１８０°）における出力レベルが異なること、が実現されるよう設定されている。
図４は実施例１において測定された周波数特性のグラフである。このグラフに示すように本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットは５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚにおいて大きなディップやピークの発生を抑制できた。
また、このグラフに示すように、本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットは５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおいて、正面方向（０°）と背面方向（１８０°）における出力レベルを異なるように制御でき、ハウリングの発生を防止できた。

［比較例１］
比較例１において、本願出願人は、図６に示したような（多孔質のリング部材３２を持たない構造の）従来のマイクロホンユニットを用い、その周波数特性を測定した。
比較例１において測定された周波数特性のグラフを図５に示す。このグラフに示すように従来のマイクロホンユニットでは、５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚにおいて大きなディップやピークが発生する。
また、このグラフに示すように、従来のマイクロホンユニットでは、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚにおいて、正面方向（０°）と背面方向（１８０°）における出力レベルが近いために、ハウリングが発生した。

以上の実施例の結果から、本発明に係る単一指向性マイクロホンユニットによれば、ディップやピークの発生を抑制可能な安定した周波数特性を得ることができることを確認した。

１ マイクロホン
２ マイクロホンユニット（単一指向性マイクロホンユニット）
３ ユニット支持部
４ マイクロホン筐体
５ シリンダ
６ 回路基板
７ 音声信号出力部
８ 後部音響孔
９ カバー部材
１０ 電極ロッド
２０ マイクロホンエレメント
２２ 振動板
２３ 絶縁座
２４ 固定極板
２５ ユニットケーシング
２６ 前部音響孔
３０ マイクロホンキャップ
３１ 円筒部材（筒部材）
３２ リング部材
３３ メッシュ部材
４１ 連通空間（第２の連通空間）
４２ 連通空間（第１の連通空間）

Claims (2)

1. 振動板に受けた音波を電気信号に変換するマイクロホンエレメントを備え、前部音響孔が設けられることにより、前記マイクロホンエレメントの前方に前部音響端子が形成され、後部音響孔が設けられることにより前記マイクロホンエレメントの後方に後部音響端子が形成された単一指向性マイクロホンユニットであって、
   前記マイクロホンエレメントを覆うマイクロホンキャップを備え、
   前記マイクロホンキャップは、
   前記マイクロホンエレメントの前方に配置され、中央側に前記前部音響孔に連通する第１の連通空間を形成する多孔質のリング部材と、
   前記リング部材の周縁部を支持するとともに前記マイクロホンエレメントの側方周囲を囲み、前記マイクロホンエレメントの側方周囲に前記後部音響孔に連通する第２の連通空間を形成する筒部材とを有し、
   前記第１の連通空間と前記第２の連通空間とは、前記リング部材を介して分離されていることを特徴とする単一指向性マイクロホンユニット。
2. 前記リング部材の前部に、該リング部材を覆うメッシュ部材を備えることを特徴とする請求項１に記載された単一指向性マイクロホンユニット。

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