JPH01500319A - 圧力勾配マイクロホン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力勾配マイクロホン 技術分野 本発明は、薄膜及び背極を含む圧力勾配マイクロホンであって、この膜又は背極 りどちらかの表面が好筐しくは手内部分に分割されている静電的に帯電されてい るエレクトレット材料のフィルムでわる圧力勾配マイクロホンに関する。

背景技術 米国特許第３．５８８．３８２は、エレクトレット型の圧力勾配マイクロホンに ついてに２載しており、このマイクロホンに２いて、エレクトレットは手内部分 に分割されており、これらの手内部分は正又は負に帯電さｎている。

測定の目的でもってこの原理による艮好な圧力勾配マイクロホンを製造すること は困σである。斯かるマイクロホンは、圧力勾配に感応する以外に、圧力にも、 即ち、層全体にわたって等しく分配されている圧力に対しても感応する。分極さ れた部分は、マイクロホンな姓立のトランスジューサ部分に分割しており、これ らのトランスジューサ部分の各々はマイクロホンの信号に寄与している。理想的 にはこれらの部分の寄与は、層全体にρ・かる等しい圧力でもってお互いに中性 化して、これによりマイクロホンが信号を何も送信しないことが好ｌしい。膜と 帯電された部分との閣の５４なった帯電、不均等な距離、これらの成分の間の不 均等に分層された膜電圧等によって、実際は上記のことが達成できない。これは 、斯かる圧力勾配マイクロホンが現在の技術に比較して有効であるにも拘わらず 、粒子速度及び音声強度の音ｆ＃測定には用いられない理由である。

発明の説明 上記の製式のエレクトレットマイクロホンは、上記の分割部分の幾つかの部分の みが永久的に帯電されており、背極が調節可能外部電圧源によって電気的に帯電 されていることを特徴とする本発明に従っている。

永久帯電と共に外部電圧源からの電荷も供給される圧力勾配マイクロホンにおい て、圧力感度は、電圧源を調節することによりゼロに調節することができ、一方 、膜には等しい圧力が供給される。外部電圧源は、他の全ての１ｉ要なパラメー タの差に勝るようにするのに用いられる。その結果、圧力感度は、２つの永久電 荷なＭするマイクロホンと比較して１０以上の因子で減少する。

エレクトレットマイクロホンは、マイクロホンのチャンバが％膜のたわみが２つ の半部の上にかかる等しい圧力の下でかなり減少するほど小さい場合、改善され 且つより簡単に調節可能でろる。

好ましい実厖例において、エレクトレットマイクロホンは、１つの平面における 圧力勾配を測定するために２つずつ相互接続された４りＱ）ｖ他部分を含んでい る。

圧力勾配の測定は、このパラメータが粒子速度及び音声強度をめるのに用いるこ とができるために重要でわる。これらの値は両方とも、音響測定に関して大ｆ！ なネＵ点である。

不発明に係る圧力勾配マイクロホンは、外側は、圧力を測定するための典型的な マイクロホンのように形成されている。斯かる圧力勾配マイクロホンを同じ外部 寸法及び形状を有する圧力マイクロホンに対抗してそれらの膜が互いに対抗して 置かれるように配置することにより、特に有益な強度測定プローブが得られるが 、これは、圧力及び粒子速度が、同一の小さな領域内でめることが可能であるた めである。

図面の簡単な説明 本発明は、以下添付図面に基づいてより詳細に説明されるが、 第１図は、圧力勾配を測定するための本発明に係るエレクトレットマイクロホン を示し、 第２図は、圧力勾配マイクロホンにＪｊ４して用いられる電気回路図を示し、 第３図は、音声強度を測定するための圧力マイクロホンとＭｆｆｒ、している圧 力勾配マイクロホ／を示し、そして第４ａ図乃至４６図は、その電気回路図が片 面における音声の伝播の方向を示す圧力勾配マイクロホンをそれ第１図に示され ているマイクロホンは、実質的に円筒成分状に形成されている外部マイクロホン ハウジング１を含んでいる。マイクロホンハウジング１には、短い円筒状スリー ブを含んでいる膜ユニット２が配設されており、このスリーブには、マイクロホ ンハウジングと共に膜を延伸しているフランジを有している。膜２は、マイクロ ホンの可動！極である。膜ユニット２は、ハウジング１とＦｉ！２との間に導電 接続を確立するためにマイクロホンハウジングＩＫねじ込みあるいは他の方法で 固定されている。マイクロホンハウジングの内部には、円板状絶縁体３のための 接触面を有するくぼみが配設されている。ｉｐ！、ｉｔ体３は、ノ・ウジフグの 内部のねじに固定されているスプリングワッシャによってマイクロホンハウジン グ１の中の所定位置に保持されている。

絶縁体３の上には、背極と呼ばｎる静止電極４が座している。この電極は、実際 の静止コンデンサプレートである平面を有するヘッド、及び絶縁体３を遡って良 導電材の端子まで延設している円部状部分を含んでいる。斯くシて、８ユニツト ２、マイクロホンハウジング１１背極４及びＰＪ縁体３は、電力保償チャンネル ５を通って外気と連絡しているだけのチャンバを画成している。このチャンネル は、幾つかの方法で確立し得る。特定のマイクロホンの場合、この王力保償チャ ンネルは、マイクロホンハウジングの壁にあけられた穴によって得られ、心安な ｔ響抵抗は、このチャンネルに過当な厚さのワイヤを逃すことにより得られる。

背極４には、静電的に＠篭されたエレクトレット材料のフィルム６が配設されて いる。心安に応じて約ｌＯ乃至２０μの厚さを肩するフィルムは、２つの手内部 分６ａ及び６ｈに分割されている。これらの手内部分の片方のみが第２図の背極 ４に比例して例えば−２５０ボルトの電位１で静電的に帯電（例えば負に帝ｔ） される。不発明の原理は、背極に、膜２に比例して＋１２５ボルトの電位が供袷 されることである。斯くして、フィルム６０片手分は膜２に関連して一１２５ボ ルトの電位を有し、フィルム６の他方の半分は、膜２に関連して＋１２５ボルト の電位を有し、これらの電位は、外部電圧源に並列に接続されている電位差計に よってひずみを均等化するために正確に調節することができる。この−節は、膜 ２の全てを等しい圧力にかけ、次に最小出力信号に調節することによって冥行さ れる。この請願により、機械的得造の対称性の不足が保償される。膜のたわみが これら２つの半袖上の等しい圧力によってかなり減少する程マイクロホンのチャ ンバが小さい姻合は、好１しくない信号を保償することは間車でるる。この結果 、圧力勾配マイクロホンは％２つの殆んど等しい測定値を互いの値から減算して 、従って圧力差及びその結果圧力勾配を公知の精度より高い精度でもって示すこ とが可能となる。出力信号は、背極によりＶ％ｄでもって送られる。

上記の圧力勾配マイクロホンは、１方向の圧力勾配、即ち２つの半円部の間の分 割縁に垂直な方向の表面に沿った圧力勾配を示す。

別の好ましい実凡例には、片面における音声の伝播の方向を示すための４つの四 分円状背極部分が２つずつ相互接続されている。第４ａ図は、エレクトレット材 のコーティング８ａ、８６、Ｂｅ１８ｄを有する４つの電極が見えている分離マ イクロホンを示している。これら２つのコーティング８α、８ｂは、静電的に帝 １！Ｌ（負Ｋ）されている。第４ｈ図は、電極部分９８．９ｈ、９ｇ。

９ｄが２つずつ相互接続されている状態を示しており、個々の組の電極は１２５ ボルトの電圧源に並列に接続されている独豆の電位差計によって調節される。更 に、第４ｂ図は、ＸＹ座標と共にこの座像系に関連する音声伝播の一例を示して いる。第４ｃ図は、音声の伝播の方向は、Ａ及びＢにおいて測定された信号値を 用いてこの座標系の一部の柚に関連して計算される方法を示している。

このマイクロホンの利点は、マイクロホンが最大の感度になることが避けられる ということである。互いに垂直に置かれた２つのマイクロホンによって、空中に おける伝播の方向が更に示される。

互いに絶縁されている半円部に分割されている靜！測定グリッドを校正の目的で もってマイクロホンの前部に直ぐことができ、これらの半円部は背極の分割され た部分に対応している。電気信号間の位相の適当な差によってこのグリッドを用 いて圧力勾配マイクロホンを伝播する音波を゛ＩＩＬ気的にシミュレートする。

例えば第３図のよりに圧ヵ勾配マイクロホンヲ圧力マイクロホンに対抗して置く ことによりこれらのマイクロホンの間に比較的薄いギャップを配設すると好都合 である。この結果、圧力Ｐ及び圧力差に依存する音声強度Ｉを測定することがで きる。

音声強度は、 （υ　圧力マイクロホン ＋２１　圧力マイクロホン及び圧力勾配マイクロホンを用いることによって測定 することができる。点ｌ及び方向ｒＫおける音声強度の時間による平均値は、こ の点における圧力ｐ（り及び方向％７（ｔ）における粒子測度によって、以下の ように定義される。

圧力マイクロホンは、音声強度プローブの一部分テあり、これらのマイクロホン は所定のインタバルに敗り付けられる。強反測定の期間中、これらのマイクロホ ンの中心点は、音界の測定点に置かれる。

この方法によって、測定点における圧力ｐｃ　ｔ）は、これらのマイクロホンに よって測定された圧力の和の半分によって、即ち、以下の式によって表わされる 。

この和の半分は測定装置によって計算される。

これらの圧力の差は、測定点における粒子速度、、（りを表わす以下に示される 式の一部である。この差は、測定装置に２いて計算される。音界に幻して以下の 式が通用される。

ｐｌ（ｔ）　ｐｚｃｔ）−△ｒ　ｗｈｏ　ａｙ（ｔ）　（Δべ（波長／２）Δｒ ：点間距離／マイクロホン距離 ｔｈｅ　：空気の密度 ａｙ（ｔ）　二方向ｒにおける粒子加速度粒子速度は以下の式によって表わされ る。

Δデ０：（測定系にプログラムされた）マイクロホン間の距離の値 ｗｈｏ６：　（１１１１定系にプログラムされた）空気の密度の仮密度測定の結 果は促って以下のようになる。

正弦波に対して測定されたｇ度は以下のようになることが明らかである。

１）ｘｓ　Ｐｚは、マイクロホンの測定点における圧力のピーク値であり、 Ｗは、角周波数であり、 Ａは、音声の伝播の方向とプローブ軸との角度であり、そして Ｃは、実１余の場における音声の速度である。

プローブが、その軸が伝播の方向に置かれた状態である平面の音波の甲に置かれ （Ａ−０）且つｒＡ６゜及び△デ０　の人力がｒｈｏ及びΔｒｆ）値に相当する 場合は、測定結果の左手の分数は音界の実際の強度を表現しており、これに対し て右手の分数はこの方法ＩＫ適用される測定誤差を表わすこの系の周波数特性で ある。

この圧力差マイクロホンは、２つの点の間の圧力差を測定する。圧力マイクロホ ンは、マイクロホンがこれらの点の正確な圧力を測定するよりに音声強度プロー ブの甲に直かれている。この圧力マイクロホンは、音界の測定点に直かれる。

この方法に２いて、Ｆ（ｔ）は、圧力マイクロホンによって直接辿ｊ足される。

圧力差マイクロホンは、距離△ｒｙｔ＋する２つの点における圧力を測定し、圧 力差△ｐを与える。

方法１から得られる粒子速度に対する式は、この場合においても用いられる。何 となれば、 △ｐ＝ｐｘｃｔ）　ｐａｃｔ） となるためでおる。

強度測定の結果は促って、以下のようになる。

ここで、 △デ０　は、Δｐが濠１ｉ定される距離である（測定装貨にプログラムされる） 。

正弦波に灼して測定された強度は以下のようになることが判る。

ｐｃａま、強度を測定するための点における圧力のピーク値であり、そして ア１、ア２は、圧力ｃＪ配マイクロホンによって検出された圧力のピーク値であ る。

プローブがその軸が伝播の方向に＋１かれた状態で平面の音波の中に直かれ（Ａ −０）、且つｒ　ｈ　ｏ　６及び△ｒｅの入力がｒｈｏ　及び△ｒの値に相当す る場合は、測定結果の五手の分ζは音界の実除の１反を表わしこれに対し又右手 の分数は、この方法＋Ｃ関連するシ１ｊ定誤差を表わすこの系の周彼叙荷倣であ る。

この実力例において、圧力マイクロホンは方向に対して影愉を受けない。

圧力マイクロホンは、それが勾配を測定する所の方向、即ちプローブにおける２ つの膜に平行な平面における方向に対して影省ン受けない。

圧力勾配マイクロホンを工、本発明の概念から逸脱することなく多くの形に変化 することができる。例えば、膜Ｖｏｕｔ 国際調査報告　ＰｒＴ／ｎＭＲ７／ｎｎｎＱ、ｍ＃＋”ａ’。ｈｈｌ　Ａｅｓｌ 、＋＋１．ｓ１．．．Ｐ［：Ｔ７［）に６７７０００８１

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．薄膜及び背極を含み、上記薄膜あるいは背極のどちらかの表面が好ましくは 半円部分に分割されている静電的に帯電された材料のフィルムである圧力勾配マ イクロホンにおいて、上記の半円部分のある部分のみが永久的に帯電されており 、上記背極が、調節可能外部電圧源によって電気的に帯電されていることを特徴 とする圧力勾配マイクロホン。
2. ２．上記調節が上記薄膜の全てを等しい音圧にかけて、次に最少出力信号に調節 することによって実行されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の圧力勾 配マイクロホン。
3. ３．上記マイクロホンのテャンバが、上記薄膜のたわみが上記２つの半部の上の 等しい圧力の下でかなり減少される程度に小さいことを特徴とする請求の範囲第 １項又は２項に記載の圧力勾配マイクロホン。
4. ４．上記永久静電荷が、上記半円部分の片半部にのみ供給されることを特徴とす る請求の範囲第１項乃至３項に記載の圧力勾配マイクロホン。
5. ５．互いに絶縁されている半円部分に分割されたスロロット付きグリッドカ上記 マイクロホンの前部に置かれていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４ 項に記載の圧力勾配マイクロホン。
6. ６．エレクトレット材料によって被覆され且つ１平面における圧力勾配を示すた めに２つずつ相互接続されている４つの電極部分（第４図）を特徴とする請求の 範囲第１項乃至第５項に記載の圧力勾配マイクロホン。
7. ７．圧力マイクロホンをこれらのマイクロホンの間に比較的薄いギャップが存在 するよりに対抗せしめることを（第３図）特徴とする請求の範囲１乃至６いずれ かに記載の圧力勾配マイクロホン。