JP6889036B2 - マイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、マイクロホンに関するものである。

一般的なマイクロホンは、ケースに支持・固定された振動板（ダイヤフラムなど）の前面に設けられたフロントグリルの開口部や音孔を介して、マイクロホン内部に支持された振動板が振動することによって空気伝搬音を電気信号に変換する（非特許文献１）。

株式会社アコー社製 計測用マイクロホンカタログ

上述したように一般的なマイクロホンは開口部{図１（ａ）、図２（ａ）}が存在しているため、防水性、防滴性、防爆性、防風性、耐薬性や電磁シールド性などが要求される特殊な環境下では使用できないという課題がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、防水性、防滴性、防爆性、防風性、耐薬性や電磁シールド性などが要求される特殊な環境下でも外環境音を収音可能なマイクロホンを提供することにある。

本発明（１）は、振動部と、前記振動部を内包している筐体部と、前記振動部に備え付けられており、前記振動部の振動を電気信号に変換可能な信号変換部と、前記信号変換部と電気的に接続されており、前記筐体部の外部へ電気信号を伝達可能な信号伝達部と、を有するマイクロホンであって、
前記マイクロホンが、前記振動部前面に位置する、前記振動部と前記筐体部とで形成される空間を有しており、
前記空間が、前記マイクロホンの外部空間から密閉された状態になるよう構成された空間であり、
少なくとも、前記密閉空間を包囲する前記マイクロホンの箇所が、非接触状態で使用されるか、又は、低剛性部材と接触状態で使用されることを特徴とする、密閉型マイクロホンである。
本発明（２）は、前記密閉空間は、無孔である前記筐体から構成されるか、又は、有孔である前記筐体上に密閉部材を設けることにより構成される、前記発明（１）の密閉型マイクロホンである。

本発明によれば、防水性、防滴性、防爆性、防風性、耐薬性や電磁シールド性などが要求される特殊な環境下でも外環境音を収音可能なマイクロホンが提供可能である。

コンデンサマイクロホンを例とした従来のマイクロホンと、本発明による密閉型マイクロホンの斜視図である。 コンデンサマイクロホンを例とした従来のマイクロホンと、本発明による密閉型マイクロホンの側断面図である。 コンデンサマイクロホンを例とした筐体の態様を例示した側断面図である。 コンデンサマイクロホンを例とした振動部の態様を例示した図２（ｂ）のＡＡ断面図である コンデンサマイクロホンを例とした本発明の密閉型マイクロホンの態様を例示した側断面図である。 本発明の実施の態様例１の模式図である。 本発明の実施の態様例２の模式図である。 ピンクノイズを発する外部スピーカに対するマイクロホンの周波数応答特性の測定方法を示す模式図である。 実施例１及び比較例１のマイクロホンの周波数応答特性の測定結果である。

以下の項目に従い、本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、密閉空間を形成させる手法としては、（１）無孔である筐体と振動体部とで密閉空間を形成する手法、又は、（２）無孔である筺体のみを用いる手法があり、以下では、（１）の形態について詳述する。又、前記筐体が有孔であった場合においても、筐体の孔部に密閉部材（例えば、ゴム等の密閉材料で被覆）を設けることで無孔状態とすることができる。

１．密閉型マイクロホン
以下に、本発明による密閉型マイクロホンについて、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に基づいて説明する。本発明による密閉型マイクロホンは、その振動部３１０と、前記振動部３１０が内部に備え付けられた筐体部３１３と、前記振動部３１０に備え付けられており、前記振動部３１０の振動を電気信号に変換可能な信号変換部３１１と、前記信号変換部３１１と電気的に接続されており、前記筐体部３１３の外部へ電気信号を伝達可能な信号伝達部３１２と、を有するマイクロホンであって、前記マイクロホンが、振動部３１０前面に位置する、振動部３１０と前記筐体部とで形成される空間３２０を有しており、空間３２０が、前記マイクロホンの外部空間から密閉された状態になるよう構成された空間である密閉型マイクロホンである。

前記密閉型マイクロホンは、少なくとも、前記空間３２０を包囲する前記マイクロホンの箇所が、非接触状態で使用されるか、又は、低剛性部材と接触状態で使用されることを特徴とする。前記密閉型マイクロホンは、前記空間３２０を形成する前記筐体部３１３が固定伝搬音を収音しない状態で使用されることを特徴とし、例えば空中に懸垂されて使用さる場合や、固体からの振動を吸収可能な低剛性部材を介して、固体物に固定して使用することを特徴とする。

本密閉型マイクロホンにおいて、前記筐体部３１３が前記振動部３１０を内包した状態で前記振動部３１０前面に位置する前記筐体部３１３内にて、密閉空間３２０が形成されている。ここで、密閉空間とは、外部環境から密閉された状態であること、例えば、外部から密閉空間が視認不能であることを意味する。尚、密閉空間における密閉の程度は、使用する環境や、要求される性能上の仕様によって、設計上の選択とすることができる。例えば、密閉の程度は、水中で使用する場合には、水が前記密閉空間３２０内に侵入しないことであり；腐食性雰囲気下で使用する場合には、腐食性気体がその流動又は拡散によって前記密閉空間３２０内に侵入しないことであり；電磁シールド性が要求される場合には、電磁波が前記密閉空間３２０内に侵入しないことであり；通常の大気雰囲気下で使用する場合には、マイクロホンに向かう音波が空気伝播により直接前記振動部３１０に到達しないことである。

前記密閉型マイクロホン３００のマイクロホン方式（音波を捉え、電気信号に変換する方式をいう。）は、特に限定されず、前記密閉型マイクロホンの用途や性能を考慮して選択できる。例えば、コンデンサマイクロホン、ダイナミックマイクロホン、シリコンマイクロホン、クリスタルマイクロホンなどが挙げられる。コンデンサマイクロホンは、音響測定や録音、あるいは各種機器へ組み込むなど小型化が求められる製品に使われる。ダイナミックマイクロホンは、丈夫であるため、マイクロホンが多少乱暴に扱われるような製品に使用されている。

一般的な空気伝搬音を収音するマイクロホン｛非特許文献１、図２（ａ）｝においては、音源２３０から発せられた音波が空気伝搬音として、振動部２１０に伝搬し、振動部２１０を振動させる。振動部２１０の振動は、信号変換部２１１により電気信号に変換され、出力される。従って、いずれのマイクロホンの方式を用いたとしても、外気と振動部２１０を接触させる必要があるため、マイクロホンの筐体部２１３には音孔などの開口部２１５が設けられている。他方、本発明に係るマイクロホンにおいては、理由は定かでないが、音孔などの開口部が設けられていなくても収音可能である。本発明は、この発見に基づきなされたものである。

１−１．振動部
本発明における振動部３１０は、音波が振動として伝わることにより、振動する性質を有する。そして、当該振動は、信号変換部によって電気信号に変換される。ここで、前記振動部３１０は特に限定されず、前記密閉型マイクロホン３００の用途や性能によって、選択されたマイクロホン方式に最適なものを選ぶことができる。例えばコンデンサマイクロホンの場合には、振動部３１０は、金属物が蒸着されたポリエステル樹脂フィルムや金属箔のダイヤフラムなどが用いられる。前記ダイヤフラム等の振動部３１０は、例えば図４（ｂ）に示したように、貫通孔３１７等を有するものでもよく、又、図４(ｃ)に示したように筐体部３１３との間に隙間３１８を設けるように固定してもよい。

１−２．信号変換部
本発明における信号変換部３１１は、前記振動部３１０の振動を電気信号に変換する。前記信号変換部３１１は、特に限定されず、前記密閉型マイクロホン３００の用途や性能によって選択されたマイクロホン方式に、最適なものを選ぶことができる。例えばコンデンサマイクロホンの場合、信号変換部３１１は、振動部３１０と、振動部３１０に対向する金属製のバックプレートとで、コンデンサを構成している。振動部３１０と、バックプレートとの間の距離は、一般的に数十μｍで、電気容量は数１０ｐＦ程度である。また、信号変換部は、絶縁のため絶縁物に覆われていることが好適である。

１−３．信号伝達部
本発明における信号伝達部３１２は、前記信号変換部３１１と電気的に接続されており、外部に電気信号を伝達する。前記信号伝達部３１２は、特に限定されず、選択されたマイクロホン方式に最適なものを選択できる。

１−４．筐体
本実施形態における筐体部３１３は、例えば、振動部を振動可能に収納するための側壁体（例えば筒状体）と、当該側壁体の両開口部を被覆する第一蓋体及び第二蓋体と、から構成される。ここで、側壁体と第一蓋体及び／又は第二蓋体とは、一体形成された部材であっても、別部材同士を接合（例えば溶接や接着や嵌合などによる。図３の３１５）させたものであってもよい｛図３（ａ）〜（ｅ）｝。又、筐体部３１３の一部に、低剛性部材３１６（後述する低剛性部材に準ずる）を介して接合してもよい。ここで、側壁体と第一蓋体と振動部３１０（前面）との間には、第一の空間（３２０）が形成されている。当該第一の空間は、後述するように密閉空間である。即ち、当該空間を構成する前記部材である側壁体（の内、少なくとも第一蓋体から振動部までの側壁体の部分）と第一蓋体には、従来のマイクロホンのような孔が設けられていない。他方、側壁体と第二蓋体と振動部３１０（背面）との間には、第二の空間が形成されている。ここで、第二の空間は、第一の空間と異なり密閉空間でなくてもよい（例えば、振動部と繋がった配線を外部に出すための孔が第二蓋体に設けられており、当該孔の大きさが配線よりも大きく、結果として、当該孔と当該配線との間にギャップが存在していてもよい）。但し、用途として、防水性及び／又は防塵性が求められる場合には、第二の空間も密閉であることが好ましい。更に、第二の空間を構成する側壁体（の内、振動部から第二蓋体までの側壁体の部分）には、筐体固定用のねじ穴や、配線用の穴などを設けることができる。穴部や隙間部が生じる場合には、必要に応じてシール材等を使用して密閉構造とすることができる。

前記筐体は、筐体自身の振動を妨げない材質及び厚さであることを特徴とする。材質は、特に限定されず、金属（例えばステンレス鋼やアルミ合金など）、樹脂、セラミックス、ガラスなどから選択できる。筐体の厚さも特に限定されない。

前記筐体（特に第一蓋体）の厚みは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍが好ましく、０．１ｍｍ〜０．７ｍｍがより好ましい。当該範囲内であると、理由は定かでないが、より優れた収音能力が発揮できる。

また前記筐体部３１３は、前記振動部３１０と直接的、又は、間接的に接続することができる。前記筐体部３１３が、前記振動部３１０と関節的に接続される場合において、前記筐体部３１３と、前記振動部３１０の間に介される部材は、高剛性部材であることが好ましい。

１−５．密閉空間
本発明における密閉空間３２０は、前述のように、前記筐体部３１３内の、前記振動部３１０前面に位置する空間であり、前記密閉型マイクロホンの外部空間から密閉された状態にある密閉空間である。
即ち、前記密閉空間は、例えば振動部３１０に設けられた貫通孔３１７や、筐体部３１３と振動部３１０との隙間部３１８を介して、他の空間と接続されていてもよく、空間全体として外部空間から密閉されている状態であればよい。
又、図５に例示したように、密閉空間３２０は、筐体部３１３の更に外側に筐体部３４０を設け、前記密閉型マイクロホンの外部空間から密閉状態とすることもできる。この場合には、前記筐体部３１３と外側の筐体部３４０の接続部は低剛性部材３４１を介して接続することができる。

前記密閉空間の構造や形状等は、前記振動部３１０の振動を妨げないものであればよく、特に限定されない。

１−６．その他
前記密閉型マイクロホンは、上述の構成を維持する限りにおいて、例えばマイクロホンの電圧印加用の配線や、中空懸垂用の留め具などの、前記密閉型マイクロホンに使用上必要なものを備えることができる。

２．密閉型マイクロホンの使用方法
本発明による密閉型マイクロホンは、少なくとも、前記密閉空間を包囲する前記マイクロホンの箇所が、非接触状態で使用されるか（信号ケーブルや糸状線材による空中懸垂、などの方法による）、又は、低剛性部材と接触し、防振状態で使用されることを特徴とする。以下、両者を詳述する。本質的に、本発明は、構造的には、従来の密閉型マイクロホン（例えば、骨伝導型マイクロホン）と大きくは異ならない。特に、第一蓋体に相当する箇所が無孔である点は共通している。しかしながら、従来の骨伝導型マイクロホンは高剛性部材に直接マイクロホンを接触させる使用法であるのに対し、本発明に係るマイクロホンは少なくとも、前記密閉空間を包囲する前記マイクロホンの箇所が、非接触状態で使用されるか、又は低剛性部材と接触させる使用法である点で相違する。即ち、使用態様（用途）が全く異なる。従来の骨伝導型マイクロホンは、前記のように高剛性部材に接触させて使用する。これは、音の固体伝播により収音するという作用機序であると理解されており、それ故に、接触対象となる固体は高剛性部材である必要があると理解されてきた。このような技術常識の下、本発明者らは、従来の密閉型マイクロホンと構造的に大きく変わらない本発明に係るマイクロホンが、従来の技術常識とは反する作用効果、即ち、高剛性部材と接触させなくても（又は固体伝播を期待できない低剛性部材と接触させても）外環境の音を拾うことが可能なことを発見したのである。かかる発見により、これまで使用不可能又は困難な場所での収音を容易に行うことができるに至った訳である。

ここで、低剛性部材とは、ゴムのような弾性体や、シリコンゲル材のような粘弾性体といった材質の特性のみならず、ばね、ワイヤー、鎖などの、その材質の剛性によらず、構造により振動が減衰される部材を含む。低剛性という場合には、２５℃における、その引張弾性率が０．２ＧＰａ未満のものをいう。ここで、引張弾性率は、例えば樹脂の場合には、ＪＩＳ Ｋ７１６１に従うなど、材料や試験片形状の特性に合わせた測定方法に従って測定することができる。

２−１．空中に懸垂支持して使用する例
図６を例に説明する。懸垂支持体５２１によって、天井５４０に懸垂された包囲体５２０と、前記包囲体５２０の内部に、一つ又は複数のマイクロホン懸垂支持体５３０によって懸垂された前期密閉型マイクロホン３００と、からなる、室内用収音マイクロホンが提供される。

２−１−１．懸垂支持体
懸垂支持体５２１は、包囲体５２０を天井から懸垂する。これにより懸垂支持体５２１は、天井部からの振動を吸収し、密閉型マイクロホン３００に伝わる振動を減少させる。前記懸垂支持体５２１は特に限定されない。例としては棒材、紐、糸、ワイヤー、鎖、針金などが挙げられ、使用する環境に合わせて材質を選ぶことができる。外部から伝わる振動を減少させるという観点からは、振動を吸収できる紐状のゴムなどの弾性体が好ましい。

２−１−２．包囲体
包囲体５２０は、内部に前記密閉型マイクロホン３００を懸垂支持し、外環境の音波を前記密閉型マイクロホン３００まで効率よく空気伝搬できるような開口部を有する構造とすることができる。前記包囲体５２０の構造は、特に限定されず、前記包囲体５２０の全周囲の外環境の音波を収音する場合には、例えば前記密閉型マイクロホンの全周囲を籠状や網状の包囲体で囲えばよい。又、ある方向からの外環境の音波のみを収音する場合には、該方向に開口部を設けることで、収音方向に指向性を持たせることができる。

包囲体５２０の材質は、特に限定されず、前記密閉型マイクロホン３００を懸垂支持でき、かつ、開口部を設けることができる強度を有すればよい。包囲体５２０の材質は、使用する環境に合わせて選択することができる。例としては金属、セラミックス、樹脂、ガラスなどが挙げられる。包囲体５２０の材質は、包囲体５２０自体の揺動を防止する観点からは、金属製のケージなど、自重によって揺動を抑制するものが好ましい。

２−１−３．マイクロホン懸垂支持体
前記密閉型マイクロホンは、一つ又は複数の低剛性部材であるマイクロホン懸垂支持体５３０により、前記包囲体５２０の内部に懸垂支持される。前記密閉型マイクロホン３００の揺動を防止する観点から、複数のマイクロホン懸垂支持体５３０を使用することが好ましい。又、マイクロホン懸垂支持体５３０は、特に限定されないが、例としては紐、糸、ワイヤー、鎖、針金などが挙げられ、使用する環境に合わせて材質を選ぶことができる。密閉型マイクロホン３００の筐体に伝わる振動を減少させるという観点からは、振動を吸収できる紐状のゴムなどの弾性体が好ましい。また、マイクロホン懸垂支持体５３０には、防振効果を改善するため、ブロッキングマス５３１を、取り付けることができる。ブロッキングマス５３１の重量や、取付位置を調整することで、前記密閉型マイクロホンの防振効果を改善することができる。ブロッキングマスの材質やサイズは、特に限定されない。

２−２．固体表面に固定して使用する例
図７に基づき、下記に本発明による密閉型マイクロホン実施の態様例２について説明する。本発明の実施態様の例２によれば、前記密閉型マイクロホン３００は、固体表面６３０に、低剛性部材６２０を介して固定され、外環境の音波を収音することを特徴とする。

２−２−１．固体表面
固体表面６３０は、固体表面６３０は特に限定されず、低剛性部材６２０を介して前記密閉型マイクロホン３００を固定することができればよい。固体表面６３０は、例えば建築物の壁面や、自動車のバンパーやボディー等のような構造物の一部であってもよい。

固体表面６３０は、前記密閉型マイクロホン３００と対向する位置に貫通孔や窓部等を設けてもよい。外環境の音波が導通可能であればよく、限定されない。例としては窓状の開口部、複数の貫通孔、格子構造、網目構造などが挙げられる。外環境の音波の導通の容易さの観点から、窓部は、前記密閉型マイクロホン３００の固定に支障をきたさない限り、可能な限り大きい方がより好ましい。

２−２−２．低剛性部材
低剛性部材６２０は、前記密閉型マイクロホン３００と、固体表面６３０との間に設けることができる。前記マイクロホン３００は、前記低剛性部材６２０により、固体表面６３０とは一体化されていない状態にすることができる。前記低剛性部材６２０は、弾性部材及び粘弾性部材を含む。前記低剛性部材は、特に限定されず、例としてバネ、ゴム、ゲル状部材などが挙げられる。

（実施例１）
筐体の材質が、アルミ合金であり、厚さが０．６ｍｍである、エレクトレットコンデンサマイクロホン(以降、ＥＣＭとする。ホシデン株式会社製、型式：ＫＵＢ８９２３)の収音面を１ｍｍ厚のゴムシートで塞いで本発明の密閉型マイクロホンを作製し、周波数応答特性の測定方法を行った。なおＥＣＭは空中に懸垂して評価した。結果を図９に示した。

（実施例２）
実施例１で作製した密閉型マイクロホンを、低剛性部材として粘弾性体であるアルファゲルシート（タイカ株式会社製）をリング状に加工したものを介して、自動車のバンパーの内部側に固定した（図７）。

（比較例１）
筐体の材質がアルミ合金であり、厚さが０．６ｍｍである、ＥＣＭ（ホシデン株式会社製、型式：ＫＵＢ８９２３)に改造を加えないで、周波数応答特性の測定方法を行った。結果を図９に示した。

（評価方法）
（ピンクノイズによる周波数応答特性の評価方法）
図８に基づいて説明する。ピンクノイズ発生源（リオン株式会社製ＳＦ０６）で発生させたピンクノイズをパワーアンプ（自作）にて、増幅し、評価するマイクロホンの正面に設置したスピーカから出音させた。スピーカとマイクロホンの距離は８００ｍｍとして評価した。マイクロホンにて収音した音波は電気信号としてサウンドカード（クリエイティブ社製ＳｏｕｎｄＢｒａｓｔｅｒＳＢ−Ｅ−５）に出力し、サウンドカードにてＰＣ用に信号を変換し、ＰＣ上のリアルタイムアナライザーでモニタした。横軸に周波数（Ｈｚ）を、縦軸に応答特性（ｄＢ）とした周波数応答特性を得た。

（評価）
図９に示した実施例１と比較例１のピンクノイズによる周波数応答特性の評価結果の比較によると、本発明に係る密閉型マイクロホンと比較例の開口部を有す従来型のマイクロホンは収音性能に有意差がなく、実施例１で作成した密閉型マイクロホンによって、外環境の音波を収音可能であることが理解できる。また、実施例２の結果も同様の結果となった。このため実施例１の密閉型マイクは、低剛性部材を介して自動車のバンパーに固定することで、自動車外部の音波を収音できることが明らかとなった。このことにより、例えば高度の防水性が要求される自動車外部の音波を収音するマイクロホンの提供が可能となる。

１００，１１０ マイクロホン
２００ 従来型マイクロホンユニット
３００ 密閉型マイクロホンユニット
２１０，３１０ 振動体
２１１，３１１ 信号変換部
２１２，３１２ 信号伝達部
２１３，３１３ 筐体
５００ 懸垂支持の密閉型マイクロホン
６００ 固体表面固定の密閉型マイクロホン

Claims (2)

1. 振動部と、
   前記振動部を内包している筐体部と、
   前記振動部に備え付けられており、前記振動部の振動を電気信号に変換可能な信号変換部と、
   前記信号変換部と電気的に接続されており、前記筐体部の外部へ電気信号を伝達可能な信号伝達部と、
   を有するマイクロホンであって、
   前記マイクロホンが、前記振動部前面に位置する、前記振動部と前記筐体部とで形成される空間を有しており、
   前記空間が、前記マイクロホンの外部空間から密閉された状態になるよう構成された空間であり、
   少なくとも、前記密閉空間を包囲する前記マイクロホンの箇所が、ゴム又は粘弾性体である低剛性部材を介して、高剛性部材と接触状態で使用されることを特徴とする、密閉型マイクロホン。
2. 前記密閉空間は、無孔である前記筐体から構成されるか、又は、有孔である前記筐体上に密閉部材を設けることにより構成される、請求項１に記載の密閉型マイクロホン。
   
   

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