JP2008113280A - マイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの電気的な簡単な操作によってマイクロホン内部の音響抵抗を機械的に調整することができ、音響特性に悪影響を及ぼすことがなく、単一指向性ダイナミック型マイクロホンであっても、指向性を簡単に変えることができるマイクロホンを得る。
【解決手段】前部音響端子１２と後部音響端子６３を有し、後部音響端子６３の音響抵抗可変手段を有することによって指向性を可変とするマイクロホン。音響抵抗可変手段は、後部音響端子６３に対し空気層１０をおいて対向して配置された圧電素子８を有し、圧電素子８に印加する電圧を変化させることにより後部音響端子６３の音響抵抗を可変とした。後部音響端子６３はマイクロホンユニット構成部品に形成された平坦部に開口し、この平坦部との間に狭い空気層１０をおいて音響抵抗可変手段を配置するとよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響抵抗を可変とすることによって指向性を可変としたマイクロホンに関するものである。

前部音響端子と後部音響端子を有する単一指向性のコンデンサーマイクロホンにおいては、後部音響端子の音響抵抗を変化させることによって指向性を変えることができる。後部音響端子の音響抵抗を小さく（低く）すれば、音波の速度成分を多く取り込むことができるので双指向性に近づく。後部音響端子の音響抵抗を大きく（高く）していくと、指向特性を表すハート型の曲線が、ハイパーカージオイド、カージオイド、サブカージオイドと変化しながら無指向性に近づき、上記音響抵抗を極めて高くすると無指向性になる。

単一指向性のダイナミックマイクロホンの場合は、振動板と後部空気室の間の音響抵抗を変えることによって指向性を変えることができる。しかし、無指向性とするには、後部音響端子を閉止する必要がある。

可変指向性コンデンサーマイクロホンの従来例として以下に述べる特許文献記載の例がある。特許文献１には、一対のコンデンサーマイクロホンエレメントを、それぞれの絶縁座を背中合わせとして連結リングを介して結合してなる可変指向性コンデンサーマイクロホンであって、上記双方の絶縁座間に弾力性を有する音響抵抗材を配置した例が記載されている。組立工程において、連結リングに対する各絶縁座の締め付け具合を調整すると、音響抵抗材の圧縮量が可変されてその音響抵抗値が変わり、指向性を可変することができる。一対のコンデンサーマイクロホンエレメントを、連結リングを介して結合した状態のままで、例えば、連結リングに対する一方のマイクロホンエレメントのねじ込み量を調整する、というような手段によって、良好な指向性が得られるように音響抵抗を調整することができる利点がある。

特許文献２には、二つのコンデンサーマイクロホンエレメントを、それぞれの音響抵抗を対向させてカプラーで結合することにより、音響抵抗材が梯子状の音響回路をなす一つのマイクロホンユニットを構成してなる可変指向性コンデンサーマイクロホンが記載されている。上記二つのエレメントをカプラーで結合する前に、各エレメントの音響的な測定を行なって振動板の張力、音響抵抗のばらつきを確認し、諸元の近いエレメントを組み合わせることによって全体の特性が安定したマイクロホンを容易に提供することができる利点がある。

特許文献３には、振動板、バックプレート、カバープレートなどをユニットケースに収容したマイクロホンユニットにおいて、バックプレートの背部と外部とを連通する通路を形成し、この通路に、この通路の音響インピーダンスを変える調整機構を設けたマイクロホンユニットが記載されている。調整機構の例として、カバープレートに通路を設け、この通路にボルトをねじ込み、このボルトのねじ込み量を調整することにより上記通路の音響インピーダンスを変える例が記載されている。

特開２００５−１８４３４７号公報 特開平７−１４３５９５号公報 特開平６−３３９１９２号公報

マイクロホンの指向性を可変とする手段は、以上説明した手段のほかに、指向性の異なるマイクロホンユニットを複数設け、各ユニットの信号出力を電気的に加減算するもの、前後の音響端子間距離を可変とするもの、などがある。また、可変指向性のコンデンサーマイクロホンユニットでは、成極電圧の極性と電圧を変えるものがある。

以上説明した可変指向性マイクロホンは、主としてマイクロホンユニットまたはマイクロホン組み立て時に機械的な操作によって音響抵抗を調整することにより指向性を可変とするもので、組立後に任意に指向性を変えることはできない。指向性を変えることができるとしても大掛かりな作業が必要になる。

電気的に指向性を可変としたものは、マイクロホンユニットを複数設け、各ユニットの信号出力を電気的に加減算するもの、あるいは成極電圧の極性と電圧を変えるものであり、電気的な操作によって音響特性が影響を受けるため、もともと備えているマイクロホンユニットの特性を十分に発揮することができない。

また、単一指向性ダイナミック型マイクロホンの場合、マイクロホンユニットの後部の空気室を気密にする必要があることから、単一指向性ダイナミック型マイクロホンにおいて指向性を可変とすることは極めて困難である。

本発明は、上記従来の可変指向性マイクロホンの問題点を解消することができるマイクロホンを提供することを目的とする。
すなわち、外部からの電気的な簡単な操作によってマイクロホン内部の音響抵抗を機械的に調整することができるようにするとともに、音響特性に悪影響を及ぼすことがなく、かつ、単一指向性ダイナミック型マイクロホンであっても、その指向性を簡単に変えることができるマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、前部音響端子と後部音響端子を有し、音響抵抗可変手段を有することによって指向性を可変とするマイクロホンであって、音響抵抗可変手段は、空気層をおいて対向して配置された圧電素子を有してなり、圧電素子に印加する電圧を変化させることにより音響抵抗を可変としたことを最も主要な特徴とする。

圧電素子は、電圧を印加することによって反曲状に変形し、印加する電圧の方向によって反曲方向が異なり、電圧を高くするに従って反曲量が大きくなる。したがって、圧電素子に印加する電圧の向きの切り換えと電圧の調整によって音響抵抗を調整し、マイクロホンの指向性を変えることができる。圧電素子に印加する電圧の向きの切り換えと電圧の調整は、マイクロホンの外部から行うことができるため、マイクロホンユニット後部の空気室が気密になっているダイナミックマイクロホンであっても、指向性を容易に変えることができる。
指向性を変えるための操作は圧電素子に印加する電圧の極性の切り換えと電圧の調整という電気的な操作であるが、指向性の可変は機械的に行なわれるので、音響特性に悪影響を及ぼすことはない。

以下、本発明にかかるマイクロホンの実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明をコンデンサーマイクロホンに適用した実施例について説明する。図１、図２はコンデンサーマイクロホンユニットの例を示している。符号１は有底円筒状のユニットケースを示していて、ユニットケース１の底板に相当する端板１１側が前側で、その反対の後ろ側が開放端になっている。ユニットケース１の上記端板１１には円形の孔からなる複数の前部音響端子１２が形成されている。端板１１の内面側には音響抵抗体が配置されるが、図示されていない。ユニットケース１の内部には、図１において上から順に、リング状の振動板保持体２に周縁部が保持された振動板３、図示されないリング状のスペーサ、固定電極５、絶縁座６、回路基板７がこの順に挿入され、適宜の固定手段、例えば、ユニットケース１の開放端縁部を内方に向かって折り曲げて回路基板７を図１において上に向かって押し上げるなどの手段により、上記各内蔵部品がユニットケース１内に収納された状態で固定されている。

上記振動板３は振動板保持体２の図１において下面側に固着され、振動板保持体２の上面外周縁部がユニットケース１内の適宜の当接部に当接することによって、上記端板１１の内面と振動板３との間に、振動板保持体１の厚さよりも大きい幅の空気室が形成されている。絶縁座６の上端面は外周縁部を残して２段に抉り取られてなる凹陥部が形成され、上端外周縁部に円形の突堤６１が形成されている。この突堤６１内に固定電極５が嵌められ、固定電極５の外周面が突堤６１の内周面に当接して固定電極５が位置決めされている。上記突堤６１の高さ寸法は固定電極５の厚さよりも小さく、固定電極５の上端面は上記突堤６１の上面よりも上側に突出している。固定電極５の上面外周縁部には図示されないリング状のスペーサが載せられ、このスペーサの上に上記振動板３の外周縁部が載っている。したがって、振動板３と固定電極５との間に、上記スペーサの厚さに相当する微小な隙間が形成され、この隙間の範囲内で振動板３が振動することができるようになっている。上記スペーサは、絶縁性のフィルムなどからなる。

固定電極５には、これを厚さ方向に貫通する複数の孔５１が形成されている。これらの孔５１は、絶縁座６に段状に形成された凹陥部に固定電極５が嵌め込まれることによって形成されている空気室６２に連通している。この空気室６２はさらに、絶縁座６を上下方向に貫通して形成された孔からなる複数の後部音響端子６３に連通している。後部音響端子６３の下端は、絶縁座６の下面側に形成された平坦部に開口している。したがって、この開口はマイクロホンユニットを構成する振動板３の背面側の空間に連通している。上記開口に対向し、かつ、上記平坦部との間に狭い空気層１０をおいて音響抵抗可変手段としての圧電素子８が配置されている。

上記圧電素子８としては、バイモルフ型振動子を用いることができる。図１０はバイモルフ型振動子の概要を示すもので、長さ方向に伸縮する２枚の圧電素子８１，８２を重ねて接合し、双方の圧電素子間に電圧をかけることにより、一方の圧電素子が伸びると他方の圧電素子が縮むように構成したものである。いずれの圧電素子も分極方向は厚さ方向である。図１０（ａ）はパラレル型で、２枚の圧電素子８１，８２の互いに重なり合っている電極を中間電極８５とし、この中間電極８５と、圧電素子８１，８２の他方の電極との間に電圧源を接続して、２枚の圧電素子８１，８２に並列に電圧をかけるようにしたものである。図１０（ｂ）はシリーズ型で、互いに重なり合っている２枚の圧電素子８１，８２の外側の電極間に電圧源を接続し、２枚の圧電素子８１，８２に電圧を直列にかけるようにしたものである。いずれにせよ、電圧をかけることにより、一方の圧電素子が伸び、他方の圧電素子が縮むことにより、圧電素子８としては図１０において上または下に向かって反曲する。

図１に戻って、圧電素子８は、両端部がスペーサ９の介在のもとに、絶縁座６の前記平坦部に、後部音響端子６３の開口に対向して固定されている。後部音響端子６３の開口と圧電素子８との間には微小な間隔の空気層１０が形成されている。圧電素子８の端子間に電圧を印加することにより圧電素子８は反曲する。図４乃至図７は、音響抵抗可変手段としての圧電素子８の構成とその動作を示す。図４は圧電素子８に電圧を印加しないときの様子を拡大して示しており、上下の関係が図１とは逆になっている。絶縁座６の平坦部に、スペーサ９，９の介在のもとに、圧電素子８の両端部が固定されている。絶縁座６の平坦部との間に、スペーサ９，９の厚さに相当する狭い空気層１０をおいて圧電素子８が配置されている。圧電素子８は反曲せず、絶縁座６の平坦部と平行になり、後部音響端子６３の音響抵抗を中程度の音響抵抗に設定している。

図６は圧電素子８に電圧を印加して圧電素子８を後部音響端子６３に向かって反曲させた状態を示す。この状態では、後部音響端子６３と上記空気層１０との空気の流通が制限され、後部音響端子６３の音響抵抗が高くなる。したがって、マイクロホンユニットの指向性は無指向性の傾向が強くなる。図７は圧電素子８に逆向きに電圧を印加して圧電素子８を後部音響端子６３から遠ざかる向きに反曲させた状態を示す。この状態では、後部音響端子６３と上記空気層１０との空気の流通がよくなり、後部音響端子６３の音響抵抗が低くなる。したがって、マイクロホンユニットの指向性は双指向性の傾向が強くなる。

図３は、上記実施例の音響的な等価回路を示す。上記実施例の各部の音響要素を以下のように定める。
Ｐ１：ユニットの前側の音圧
Ｐ２：ユニットの後ろ側の音圧
ｍ０：振動板の音響質量
ｓ０：振動板のスチフネス
ｒ０：振動板の音響抵抗
ｓ１：振動板３の背後の空気室６２のスチフネス
ｒ１：空気層１０の音響抵抗
Ｐ１，ｍ０，ｓ０，ｒ０，ｒ１，Ｐ２がこの順に直列に接続された形になっていて、ｒ０，ｒ１の接続点とＰ１，Ｐ２の接続点すなわち接地との間にｓ１が接続された形で表すことができる。圧電素子８に印加する電圧の向きによって、図６に示すように後部音響端子の音響抵抗を高める向きに、または図７に示すように後部音響端子の音響抵抗を低くする向きに切り換え、また、印加する電圧を調整することによって上記音響抵抗を連続的に調整することができる。図３に示す等価回路では、ｒ１が変化することによって後部音響端子の音響抵抗が変化する。これによってマイクロホンの指向性を、無指向性から双指向性まで連続的に変えることができる。

以上説明した実施例によれば、圧電素子に印加する電圧の向きの切り換えと電圧の調整によって指向性を可変とすることができるため、マイクロホンの外部からの簡単な操作で指向性を変えることができる利点がある。指向性の可変は圧電素子の動作で機械的に行なわれるので、音響特性に悪影響を及ぼすことはない。

なお、圧電素子８に電圧を印加するための電源は、コンデンサーマイクロホンに一般的に使用されているファントム電源から得るようにするとよい。圧電素子８は電力を消費しないから、ファントム電源の電圧を調整して圧電素子８に加えるだけで、適切な音響抵抗に調整することができる。圧電素子８に印加する電圧を、可変抵抗を用いて連続的に変化させることにより、音響抵抗を連続的に可変することもできる。圧電素子８に印加する電圧は、圧電素子８の近傍に配置されている回路基板７を通じて供給するとよい。図１、図２に示すマイクロホンユニットは、これをマイクロホンケースに組み込み、マイクロホンケースに必要な回路基板、コネクタなどを組み込むことによってコンデンサーマイクロホンを構成することができる。

図８は、本発明をダイナミックマイクロホンに適用した実施例を示す。図８において、符号１００はダイナミックマイクロホンユニット本体を示す。円筒形のマイクロホンユニット本体１００は、センターポールピース１０５と、このセンターポールピース１０５が重ねて固着された円盤状の永久磁石１０２と、この永久磁石１０２が重ねて固着された皿状のテールヨーク１０３と、円形をなすテールヨーク１０３の上端面に固着されるとともに内周面と上記センターポールピース１０５の外周面との間に円形の磁気ギャップを形成するリング状のサイドヨーク１０４を備えている。これらセンターポールピース１０５、永久磁石１０２、テールヨーク１０３、サイドヨーク１０４によって磁気回路を構成していて、この磁気回路の上記磁気ギャップには、振動板１１５に固着されたボイスコイル１０６がセンターポールピース１０５およびサイドヨーク１０４から離間させて挿入されている。ユニット本体１００は円筒形状のユニットホルダー１０１の上端部に嵌められて固定されている。テールヨーク１０３には、上記磁気ギャップを介して振動板１１５の背面側の空気室を後方に連通させるための音孔１０８が複数形成されている。

上記振動板１１５は、センタードームとその周囲に一体に設けられたサブドームを有してなり、上記ボイスコイル１０６の一端がセンタードームとサブドームとの境界に沿って振動板１１５の背面側に固着されている。振動板１１５の外周部はユニットホルダー１０１の上端に固着され、振動板１１５は音波を受けてボイスコイル１０６とともに前後方向（図８において上下方向）に振動することができるように構成されている。振動板１１５の前面は、ユニットホルダー１０１の前端外周部に固定された前部音響端子板１０６によって覆われている。前部音響端子板１０６には複数の孔からなる前部音響端子１０７が形成されている。ユニットホルダー１０１の外側部には、振動板１１５の背面側の空気室に通じる空気孔が形成されていて、この空気孔が後部音響端子１３５となっている。

ユニットホルダー１０１の後部（図８において下部）には前後に端板を有する円筒１０９が嵌められ、円筒１０９の前側の端板は空気室１３０をおいてテールヨーク１０３の背面に対向している。円筒１０９はマイクロホンユニットの背部空気室を構成していて、円筒１０９の前側の端板には上記空気室１３０と上記背部空気室を連通させる開口１１０が形成されている。ユニットホルダー１０１の図８において下端部外周はマイクロホンケース１２０の上端部内周に嵌め込まれて固定され、ユニットホルダー１０１に嵌め込まれた円筒１０９の下側の端板とマイクロホンケース１２０とで密閉状の大きな空気室１２１が形成されている。円筒１０９の下側の端板には、円筒１０９で形成されている空気室と上記空気室１２１を連通させる開口１１１が形成されている。

ここまで説明してきたダイナミック型マイクロホンは、背部空気室の機密性が高い構成になっていて、基本的には単一指向性のダイナミック型マイクロホンになっている。かかるマイクロホンの指向性を可変とするために、上記空気室１３０に圧電素子８が配置されている。より具体的には、円筒１０９の上側の端板に、開口１１０と対向させ、かつ、円筒１０９の上側の端板との間に空気層１０をおいて音響抵抗可変手段としての圧電素子８が設けられている。圧電素子８は既に説明したとおりの構成で、その両端部がスペーサ９，９を介して平坦面をなす円筒１０９の上側の端板に取り付けられている。圧電素子８の動作も前述のとおりで、圧電素子８に電圧を印加するためのリード線１３４が圧電素子８からマイクロホンの外部に引き出されている。

図８に示す実施例の音響的な等価回路を図９に示す。上記実施例の各部の音響要素を以下のように定める。
Ｐ１：マイクロホンユニットの前側の音圧
Ｐ２：マイクロホンユニットの後ろ側の音圧
ｍ０：振動板の音響質量
ｒ０：振動板の音響抵抗
ｓ１：空気室１２１のスチフネス
ｒ１：空気層１０の音響抵抗
ｍ１：後部音響質の音響質量
等価回路は、Ｐ１，ｍ０，ｒ０，ｍ１，Ｐ２がこの順に直列に接続された形になっていて、ｒ０，ｍ１の接続点とＰ１，Ｐ２の接続点すなわち接地との間にｒ１とｓ１が直列に接続された形で表すことができる。圧電素子８に印加する電圧の向きによって、空気層１０の音響抵抗を高める向きに、または空気層１０の音響抵抗を低くする向きに切り換え、また、印加する電圧を調整することによって上記音響抵抗を連続的に調整することができる。図９に示す等価回路では、圧電素子８の制御によりｒ１が変化し、空気層１０の音響抵抗が変化することになる。これによってマイクロホンの指向性を、無指向性から双指向性まで連続的に変えることができる。

単一指向性ダイナミックマイクロホンは、マイクロホンユニットの後部を密閉する必要があるため、指向性を可変とするための音響抵抗可変ユニットを外から機械的な操作で調整することは極めて困難である。しかし、図８に示す実施例によれば、音響抵抗値を制御するためのリード線１３４を外部に引き出せばよく、リード線とマイクロホンユニット間の気密を保つことは容易であるから、単一指向性ダイナミックマイクロホンにおける指向性を容易に可変することができる。

一般に、圧電素子を利用したアクチュエータは小さい変位を制御するのに好適である。バイモルフ型振動子は、取り付けの条件にもよるが、印加電圧２０Ｖで０．１ｍｍ程度の変位量を得ることができる。前記実施例において、狭い空気層１０の厚さ（間隙）は、マイクロホンで用いられる範囲では０．０１〜０．１ｍｍ程度であるから、この厚さを制御する素子としてバイモルフ型振動子が適している。図示の実施例では、構成をわかりやすくするために、上記空気層１０の厚さを実際よりも強調して大きく表している。圧電素子に印加する電圧は、連続的に可変してもよいし、例えば、２Ｖステップで切り換えるようにしてもよい。

本発明にかかるマイクロホンに使用されるマイクロホンユニットの実施例を示す縦断面図である。 上記実施例の正面図である。 上記実施例の音響的な等価回路図である。 上記実施例に用いられている音響抵抗可変手段を上下反転して示す拡大縦断面図である。 上記音響抵抗可変手段の正面図である。 上記音響抵抗可変手段の動作態様の一例を図４に準じて示す縦断面図である。 上記音響抵抗可変手段の動作態様の別の例を図４に準じて示す縦断面図である。 本発明にかかるマイクロホンの別の実施例を示す縦断面図である。 上記実施例の音響的な等価回路図である。 本発明に音響抵抗可変手段として使用可能なバイモルフ型振動子の一般的な構成を示すもので、（ａ）はパラレル型を、（ｂ）はシリーズ型を示す概念図である。

符号の説明

１ ユニットケース
２ 振動板保持体
３ 振動板
５ 固定電極
６ 絶縁座
８ 圧電素子
１０ 空気層
１２ 前部音響端子
６２ 空気室
６３ 後部音響端子
１００ ユニット本体
１０１ ユニットホルダー
１０９ 円筒
１１０ 開口
１１１ 開口
１２０ マイクロホンケース
１２１ 空気室
１３０ 空気室

Claims (7)

1. 前部音響端子と後部音響端子を有し、音響抵抗可変手段を有することによって指向性を可変とするマイクロホンであって、
   上記音響抵抗可変手段は、空気層をおいて対向して配置された圧電素子を有してなり、
   上記圧電素子に印加する電圧を変化させることにより音響抵抗を可変としたことを特徴とするマイクロホン。
2. 単一指向性コンデンサーマイクロホンであって、マイクロホンユニット構成部品に形成された平坦部が開口して音響端子となっていて、この開口に対向し、かつ、上記平坦部との間に狭い空気層をおいて音響抵抗可変手段が配置されている請求項１記載のマイクロホン。
3. 平坦部との間にスペーサが介在することによって音響抵抗可変手段と平坦部との間に狭い空気層が形成されている請求項２記載のマイクロホン。
4. 単一指向性ダイナミックマイクロホンであって、圧電素子が対向する空気層は、マイクロホンユニットを構成する振動板の背面側の空間に連通している請求項１記載のマイクロホン。
5. 単一指向性コンデンサーマイクロホンであって、振動板に対向して配置された固定電極に設けられた開口が後部音響端子に連通している請求項１記載のマイクロホン。
6. 単一指向性ダイナミックマイクロホンであって、マイクロホンユニット本体の背後に空気室をおいてユニットホルダーが配置され、このユニットホルダーに形成され上記空気室に連通する開口に対向させて圧電素子からなる音響抵抗可変手段が配置されている請求項１記載のマイクロホン。
7. ユニットホルダーは、マイクロホンケースに密閉した状態で、かつ、ユニットホルダーの背後のマイクロホンケース内に空気室が形成されて嵌められ、ユニットホルダーの背部に形成された音孔を通じてユニットホルダーの内部空間とマイクロホンケース内の上記空気室が連通している請求項６記載のマイクロホン。
   

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