JPS59204399A - 固体伝導音声振動ピツクアツプマイクロホン - 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】 本発明は特に騒音下における騒音を拾いにくく、・・ウ
リングを起しにりく、良好な音質で固体伝導音声信号を
ピックアップする振動ピックアップマイクロホンに関す
る。

片持ちばり状に固定した圧電素子により骨伝導音声信号
音をピックアップする振動ピックアップマイクロホンが
知られている。たとえば。

特公昭５３−３９７６３号公報に記載の通話装置がある
。この通話装置におけるマイクロホンを耳孔内に装着し
て発声する場合、９０ホン（Ａ）以上の騒音下では騒音
を同時にピツクア、ツブするため音声信号を明瞭に弁別
することができずりまたこのマイクロホンを拡声装置に
接続して使用するとハウリングを生じ易かった。この原
因は音声周波数帯域内に感度の高い数次の共振周波数が
あジ、その共振周波数の近傍の騒音を拾い易いためであ
る。

この欠点を改良するだめに、従来、共振周波数より低い
周波数にカットオフ周波数を有するローパスフィルタを
使用することが知られている。しかし、この方法では２
片持ちばシ状に固定した圧電素子の共振周波数における
感度が非常に高いため音声周波数帯域内の感度を下けず
に共振周波数における感度のみを下げることは非常に困
難であった。

本出願人はこの解決方法としてノツチフィルタの使用を
提案した。この方法は共振周波数のピークのみを下げる
方法としては有効な方法であるが２個々のマイクロホン
の共振周波数が夫々異なるためノツチフィルタのノツチ
周波数を１個１個の共振周波数と一致させることが困難
であり、生産性に劣るものである。

本発明者は前述の欠点を解決するために鋭意研究を続け
た結果１片持ちぼり状に固定した圧電素子を特定の粘度
の粘性流体内で振動させ共振周波数における感度を特定
の値に減衰させることにより、騒音下においても騒音を
拾いにくくハウリングを起しに＜＜、良好な音質で固体
伝導音声信号をピンクアップする固体伝導音声振動ピッ
クアップマイクロホンを発明した。すなわち１本発明は
、粘性流体を充填した密閉容器内に１片持ちばり状に固
定した圧電素子を設けてなり、粘性流体は３０〜１００
００ｃｓの粘度でちゃ、共振周波数が１．５　ＫＨｚ以
上の範囲内における粘性流体中の圧電素子の共振尖鋭度
Ｑが３以下である固体伝導音声振動ピックアップマイク
ロホンである。

本発明の固体伝導音声振動ピックアップマイクロホンは
固定部材に片持ちぼり状に固定した圧電素子を密閉容器
内に収納し、固定部材を密閉容器に固着して、この密閉
容器内に粘性流体を充填したものである。

本発明で使用する圧電素子はこれを片持ちばり状に固定
したときの共振周波数を１．５　ＫＨｚ以上に設定する
ことが必要である。１．５　ＫＨｚ未満では音節明瞭度
が６０％以下に低下して文章了解度が８８係程度以下に
なり固体伝導音声振動ピンクアップマイクロホンとして
の機能が失なわれるからである。圧電素子としては、チ
タン１２ハＩＪウム、ジルコン酸鉛等の通常使用されて
いる圧電効果を有するものが使用でき、特にバイモルフ
型が好適である。圧電素子をそのまま片持ちばＱ状に固
定して便用することもできるし、金属、プラスチック、
セラミックなどの片持ちばシに圧電素子を貼り付けて使
用することもできる。形状は片持ちばり状に固定できれ
ばどのような形状でも使用できるが、特に板状。

棒状、線状のものが好ましい。本発明では、圧電素子と
は、このような金属、プラスチック。

セラミックなどに圧電素子を貼り付けたものも含む。

一般に９片持ちぼりは長さを長く、厚さを薄くするほど
共振周波数は低い周波数に移動するので、長さ、厚さ、
形状を−変えることにより所望の周波数特性を有する圧
電素子が得られるが。

たとえば金属板の両面に圧電素子を貼り付けたバイモル
フ型圧電素子を使用する場合には、はりの長さが約３０
聰以下、厚さが約０．３　ｍｍ以上のときが好適である
。

前記の圧電素子を片持ちばυ状に固定する固定部材とし
ては７　圧電素子を確実に固定するために硬質の材料が
使用できるが、特に電気的に絶縁性の高いものが好まし
く、たとえばプラスチック、絶縁物で被覆した金属、セ
ラミックなどが便用できる。なお、固定部材はこれに接
触する粘性流体に侵されない材質が必要である。

固定部材に圧電素子を固定する手段は、固定部の凹部又
は穴部に圧電素子を挿着する方法などがある。

固定部材に片持ちばし状に固定した圧電素子を収容する
密閉容器はこれに接触する粘性流体に侵されないもので
あれば、金属、グラスチック、セラミック々どのどのよ
うな材料でも使用することができる。また、−万が開放
した容器内に固定部材を固着して固定部材で開放部を密
閉して密閉容器とすることができる。密閉容器に固定部
材を固着する手段は、圧入、接着、がしめなどいずれで
もよい。

密閉容器に粘性流体を充填する際、充填し易く、かつ粘
性流体が洩れないようにするために。

密閉容器の他方に小孔を設け、粘性流体を充填後、ボー
ル、栓などにより小孔を閉塞する手段が有効である。圧
電素子から引き出したり−７ド勝部分から粘性流体が洩
れるのを完全に防ぐためにその部分をプラスチックで充
填又は被覆す４ることか好ましい。また、密閉容器は使
用状態に則してカバーを装着することができる。

本発明者は種々検討した結果２片持ちば９状に固定した
圧電素子を粘性流体中で使用すると。

前記の欠点であるハウリングの起り易さ、騒音の拾い易
さが改良され、騒音下における音声の弁別がよくできる
ことを発見した。各種の粘度の粘性流体を使用した場合
、粘度が高く々ればなるほど共振周波数の共振尖鋭度ｆ
、／Δｆ　（ここで、ｆｏは共振周波数、Δｆはｆ、　
　における感度より３ｄＢ低い感度における周波数幅、
以下ｒＱＪという）が低下し、この結果、マイクロホン
の性能が改良されることを発見した。たとえば、粘性流
体を使用しないときの共振周波数が４．３　ＫＨｚであ
る片持ちばジ式のマイクロホンに１０〜１００００ｃｓ
の各種の粘性流体を使用すると第５図から明らかなよう
ＶｃＱは２９から０．３まで低下した。同図において２
周波数特性ｌは粘性流体を使用しないときのものでＱは
２９゜周波数特性２．　３．　４．　５．　６はそれぞ
れ粘度１０．１００．５００．１０００．１００００ｃ
ｓを有するシリコン油を使用したときのものでＱはそれ
ぞれ８．０　、　３．２　、　１．２　、　０．７’、
　　０．３である。

本発明者は実験を重ねた結果、特にＱを３以下になるよ
うに３０〜１００００ｃｓの粘度を有する粘性流体を選
択使用したときに１００ホン（Ａ）の騒音下でも音声を
明確に弁別できる固体伝導音声振動ピックアップマイク
ロホンが得られることを発明したのである。

本発明は３（１”１ＯＱＯＯｃｓの粘度を有する粘性流
体を使用し、粘性流体中の圧電素子のＱを３以下とする
ことを特徴とする。

片持ちばり状に固定した圧電素子のＱは圧電素子のはり
の長さ、厚さなどにより変化するが。

本発明者の実験では、共振周波数を１．５　ＫＨｚ以上
に設定した片持ちばり状に固定した圧電素子のＱは第６
図に示すようにいずれも３よシ非常に大きい（同図に、
比較のためＱが３である周波数特性を点線で示す）。圧
電素子を密閉容器内に固定し、粘性流体を充填しＱを低
下させても、Ｑが３以上ではなお騒音下で共振周波数の
近傍の騒音を拾い、ハウリング、音質に不満足な性能を
有することが判明した。したがって。

本発明の目的を達成するには１片持ちはり状に固定した
圧電素子のＱは３以下でなければならないのである。

圧電素子を密閉容器に片持ちばり状に固定した共振周波
数が１゜５　ＫＨｚ以上になるように設定した各種類の
マイクロホンを用意し１種々の粘度の粘性流体を密閉容
器内に充填したときのＱは広範囲の値を示したが、Ｑが
３以下の領域と３を超える領域に分類して示すと第７図
のとおりである。同図から明らかなように１．５　ＫＨ
ｚの限界にある共振周波数を有する片持ちはり状に固定
した圧電素子のＱを３以下にするためには少くとも粘性
流体の粘度は３０ｃｓ以上であることが必要であり、粘
性流体の粘度をこれより高くすればするほどＱは小さく
なって好適である。

しかし、粘性流体の粘度が１ｏｏｏＯｃｓを超えると密
閉容器への充填がむずかしくなシ気泡が発生して周波数
特性にばらつきを生ずる。したがって、粘性流体の粘度
は３０〜１００００ｃｓの範囲が最適である。

粘性流体は、塩素化パラフィン、高分子可塑剤、界面活
性剤、グリコール類、シリコン油やモータ油などの鉱油
類、炭化水素などの有機溶剤、ウレタンやエポキシ樹脂
などのプレポリマーなどを使用できるが、密閉容器、そ
の他の粘性流体に触れる一切のものを侵さず揮発性、毒
性、臭気が少なく、かつ温度による。粘性変化の少ない
ものが中でも好適である。

これらの粘性流体を密閉容器に充填し、固体伝導音声振
動ピンクアップマイクロホンが完成される。

密閉容器内に片持ちぼり状に固定された圧電素子はその
振動するはりの部分のみを粘性流体に浸した状態でもよ
いし、固定部材およびそれに片持ちは９状に固定された
圧電素子全体を粘性流体に浸した状態でもよい。

この固体伝導音声振動ピックアップマイクロホンは圧電
素子から引き出されたリード線に増幅器などを接続して
通常のマイクロホンと同様に使用することができる。

本発明の固体伝導音声振動ピックアップマイクロホンは
耳孔内および人体の一部に装着して音声の骨伝導音をピ
ックアップするマイクロポンとして使用すること電でき
るし２人間が身につけた着装品につけて間接的に音声の
骨伝導音をピックアップすることもできる。また、机や
壁面に伝わった音声振動をピックアップするために、そ
れらに貼り付けて使用することもできる。

次に１本発明を図面にて説明するが１本発明はこれに限
定されるものではない。

第１図は、端部に円形の小孔ｌを設けた断面円形の部分
２と、開口端３を有する断面円形の部分４とよりなる真
ちゅう製の容器５の内部に。

圧電素子６を片持ちばシ状に固定した固定部材７を部分
４に水密的に固着し、圧電素子６を部分２内に収容しで
ある。粘性流体８を小孔１より部分２に充填し小孔１を
超鋼のボール９を挿入し１部分２の端部をかしめてボー
ル９を保持し部分２を密閉して、容器５を密閉容器とす
る。

部分４の開口端３を、コード１０を固定した蓋１１で閉
塞し、コード１０のリード線１２゜１３をＦＥＴ、抵抗
（ともに図示せず）を介して圧電素子６に接続し、リー
ド線１３を部分４にハンダ付けしてアースしである。部
分４と固定部材７との間の水密をよくするために、シリ
コンナトのシーラント、ポツティング材料、０リング、
バッキングなどを使用してもよい。′１゜た、ボール９
の代シにプラスチック、ゴムなどの栓を使用してもよい
。

第２図〜第４図は、基板１４の長手方向に２つの取付穴
１５．１６を設け、取付穴１５にＦＥＴ１７を埋め込ん
で固着し、基板１４の一方の面に抵抗１８を固着しであ
る。凹部１９と凸部２０を同方向に設けた（第４図）固
定部材２１の凹部１９に圧電素子６の端部６Ｉを固着し
。

圧電素子６の長手方向を基板１４の長手方向にし、凸部
２０を取付穴ｌに挿着し、圧電素子６を基板１４の他方
の面上に位置−しである。

Ｆ’　Ｅ、Ｔ　Ｉ　、７の端子２２．　２３．、　２４
を基板１４の一方の面に互いに不連続に設けた導電層２
５゜２６．２７にそれぞれ接続し、抵抗１８を導電層２
６．２７に接続させて基板１４に固定して１ある。導電
層２５は小孔２８の側面を介して基板１４の他方の面に
設けた導電層２９に接続し。

導電層２７は透孔３０の側面を介して他方の面に設けた
導電層３１に接続し、圧電素子６の部部６１の両面にそ
れぞれ固着したリード板３２゜３３を導電層３１．２７
にそれぞれ接続しである。

真ちゅう製のキャンプ３４に固定シたコード３５の７−
ルド３６をキャップ３４の内面にハンダ付けしてアース
し、他のシールド３７およびリード線３８をそれぞれ基
板工４の導電層２６．２９に接続しである。キャップ３
４内にエポキン樹脂などの充填材（図示せず）を充填し
てキャップ３４内を水密構造となす。

横断面がほぼ長方形で平地部３９を有し、一端に円形の
小孔４０を設け、他端に開口端４１を設けた真ちゅう製
の容器４２に、圧電素子６の振動方向が平地部３９とほ
ぼ垂直となるように基板１４を開口ｑ４ｔより挿入し、
基板１４の側面を容器４２の内面に圧接させ、さらにキ
ャップ３４を開口端４１に挿入し開口端４１をかしめて
キャップ３４を固定し、開口端４１とキャップ３４の一
部をハンダ付けして導電的に接続し、開口端４１とキャ
ップ３４との隙間を接着剤などで水密構造とする。

粘性流体８を小孔４０よシ容器４２内に充填し、小孔４
０に超鋼のボール９を挿入し、容器４２の端部をかしめ
てボール９を保持し容器４２を密閉して密閉容器とする
。

ボール９の代りに、プラスチック、ゴムなどの栓を便用
してもよい。

次に２本発明の実施例を示す。

実施例１〜実施例２４．は各種の圧電素子と各種の粘性
流体を使用した。第１図に示した構造のマイクロホンで
ある。

実施例１ 厚さ０６Ｍ２幅１５聰のバイモルフ圧電素子６（富士セ
ラミックス■製）をはシの長さ８ｍｍにして固定部材７
に固定し、内径２ｒｎ１ｎの部分２内に装着し、この中
に粘度１００　Ｃｓのシリコン油（信越化学工業■製、
ＫＦ−９６）を充填した。

この場合のＱは２．５であった。

以下の実施例では、圧電素子は富士セラミックス■製を
１．シリコン油は信越化学工業■製のＫＦ−９６シリー
ズを、界面活性剤はエマルゲン８１Ｏ（花王石けん■製
）を使用した。

実施例２５〜４４は各種の圧電素子と各種の粘性流体を
使用した。第２図〜第４図に示しだ構造のマイクロホン
である。

実施例２５ 厚さ０．６ｍｍ、　幅１，５叫のバイモルフ圧電素子６
（富士セラミックス■製）をはりの長さ１２聰にして固
定部材２１に固定して２幅方向の内寸が６閣、厚さ方向
の内寸が３ｍｍの容器４２内に装着し、この中に粘度５
０　ｃｓのシリコン油（信越化学工業■製、ＫＦ−９６
）を充填した。この場合のＱは２．２であった。

以下の実施例では、圧電素子は富士セラミックス■製を
、シリコン油し信越化学工業■製のＫＦ−９６ンリーズ
をイ吏用した。

次に、比較例を示す。

比較例１ 実施例１と同じ構造のマイクロホンに、粘性流体を使用
しないでそのまま使用した。この場合のＱは３２であっ
た。

比較例２ 実施例１と同じ構造のマイクロホンに、粘度１０　ｃｓ
のシリコン油（信越化学工業■製、　　ＫＦ−９６）を
充填した。この場合のＱは７であった。

比較例３ 実施例１と同じ構造のマイクロホンに、粘度１２５００
ｃｓ　のシリコン油（信越化学工業■製。

ＫＦ−９６１（）を充填したが、高粘度のため完全に充
填できなかった。

比較例４ 実施例２５と同じ構造のマイクロホンに、粘性流体を使
用しないで、そのまま便用した。この場合のＱは３０で
あった。

比較例５ 実施例２５と同じ構造のマイクロホンに、粘度ｌ　Ｏｃ
ｓのシリコン油（比較例２と同じ）を充填した。この場
合のＱは５であった。

比較例６ 実施例２５と同じ構造のマイクロホンに、粘度１２．５
０’Ｏｃｓのシリコン油（比較ガ３と同じ）を充填した
が、高粘度のために完全に充填できなかった。

実施例１〜２４および比較例１．　２のマイクロホンを
耳孔内に装着し、実施例２５〜４０および比較例４，５
０マイクロホンを鼻骨に密着させ、いずれのマイクロホ
ンもトランシーバに接続し、１００ホン（Ａ）の騒音場
で交互通話を行ない２通話内容の弁別の程度を測定した
。その結果を次表に示す。

以上の試験結果から明らかなように２本発明の固体伝導
音声振動ピツクアソフ゛マイクロホンは高騒音下で良好
に音声を弁別できる極めて有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の異なる構造のマイクロホ
ンの縦断面図、第３図および第４図はそれぞれ第２図の
３−３勝の断面図および４−４勝の拡大断面図、第５図
は粘性流体を１更用しない時の周波特性および各種の粘
度の粘性流体を充填したときのマイクロホンの周波数特
性を示したもの、第６図は粘性流体を使用しないときの
マイクロホンの周波数特性およびＱ〃：３である周波数
特性を示したもの、第７図は共振周波数と粘度とＱとの
相関関係を示したものである。 １・・・小孔、２，４・・・部分、５・・・容器、６・
・・圧電素子、８・・・粘性流体、９・・・ボール、１
３・・・基板、３４・・・キャップ、４０・・・小孔、
４２・・・容器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粘性流体を充填した密閉容器内に２片持ちはり状に固定
   した圧電素子を設けてなり、前記粘性流体は３０〜１０
   ０００（！８の粘度であり、共振周波数が１．５　ＫＨ
   ｚ以上の範囲内における前記粘性流体中の前記圧電素子
   の共振尖鋭度Ｑが３以下である固体伝導音声振動ピンク
   アンプマイクロホン。　・