JP2022149103A - 音響／信号変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 音響／信号変換器において複数種類の最低共振周波数Ｆ０に対応した周波数特性を実現する。【解決手段】 音響／信号変換器１は、第１開口部２１と第２開口部２２とを有するチャンバ１０と、第１開口部２１を塞ぐ第１振動板３１と、第２開口部２２を塞ぐ第２振動板３２と、第１振動板３１の振動に応じて、第１信号ｖ１を生成する第１コイル５１と、第２振動板３２の振動に応じて、第２信号ｖ２を生成する第２コイル５２と、を含む。【選択図】図１

Description

この発明は、ダイナミックマイク等の媒質（例えば空気）中を伝播する音を電気信号に変換する音響／信号変換器に関する。

非特許文献１にも示されているように、電気信号に応じて振動板を振動させて放音を行うスピーカは、振動板を支持する振動系の構成に依存した最低共振周波数Ｆ０を有する。この点は、受音により発生する振動板の振動を電気信号に変換するマイクにおいても同様である。

新版スピーカ＆エンクロージャー百科、監修・佐伯多門、誠文堂新光社、１９９９年５月２８日発行

ところで、楽器音等の収音においては、収音対象の楽器の種類等、用途により収音に最適な最低共振周波数が異なる。従って、収音に最適な最低共振周波数が異なった対象が複数ある場合には、それらの収音に適した複数のマイクが必要になるという問題があった。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、音響／信号変換器において複数種類の最低共振周波数Ｆ０に対応した周波数特性を実現することを目的とする。

この発明は、第１開口部と第２開口部とを有するチャンバと、前記第１開口部を塞ぐ第１振動板と、前記第２開口部を塞ぐ第２振動板と、前記第１振動板の振動に応じて、第１信号を生成する第１変換器とを備えた音響／信号変換器を提供する。

この発明の一実施形態による音響／信号変換器の構成を示す断面図である。 同音響／信号変換器の周波数特性を例示する図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態である音響／信号変換器１の構成を示す断面図である。図１には、第１振動板３１および第２振動板３２の中心を通る仮想的な振動軸を含む平面により音響／信号変換器１を切断した断面の構成が示されている。

図１において、チャンバ１０は、中空の円柱の形状をなしており、その軸方向（図１における左右方向）両端に同じ大きさの２つの円状底板１１および１２を有している。この２つの円状底板１１および１２には、同じ大きさの円状の第１開口部２１および第２開口部２２が各々設けられている。第１開口部２１の中心は、円状底板１１の中心と同じ位置にあり、第２開口部２２の中心は、円状底板１２の中心と同じ位置にある。なお、チャンバの形状は、直方体や球などであってもよい。

第１振動板３１は、ドームの形状であり、その周囲が円環状のエッジ２３とともに、第１開口部２１を塞いでいる。エッジ２３は、第１振動板を第１開口部２１の内周部に支持するサスペンションとして機能する。同様に、第２振動板３２は、ドーム形状であり、その周囲が円環状のエッジ２４とともに、第２開口部を塞いでいる。エッジ２４は、第２振動板を第２開口部２２の内周部に支持するサスペンションとして機能する。第１振動部３１および第２振動部３２は、面積および重さが相互に同じである。なお、振動板の形状は、平面やコーンなどであってもよい。

第１振動板３１の周囲の領域には、チャンバ１０の内側に向けて突き出した中空円筒状の第１コイルボビン４１が設けられている。この第１コイルボビン４１には第１コイル５１が巻回されている。この第１コイル５１は、内側ヨーク６１１、永久磁石６１２および外側ヨーク６１３からなる第１磁気回路６１の磁気ギャップ６１Ｇに配置されている。第１コイル５１は、第１振動板３１の振動に応じて、第１信号ｖ１を生成する第１変換器として機能する。

同様に、第２振動板３２の周囲の領域には、チャンバ１０の内側に向けて突き出した中空円筒状の第２コイルボビン４２が設けられている。この第２コイルボビン４２には第２コイル５２が巻回されている。この第２コイル５２は、第１磁気回路６１と同様な内側ヨーク６２１、永久磁石６２２および外側ヨーク６２３からなる第２磁気回路６２の磁気ギャップ６２Ｇに配置されている。第２コイル５２は、第２振動板３２の振動に応じて、第２信号ｖ２を生成する第２変換器として機能する。

切換部７０は、可動接触子ａ０と、この可動接触子ａ０と接触可能な固定接点ａ１～ａ３とからなる第１スイッチ７１と、可動接触子ｂ０と、この可動接触子ｂ０と接触可能な固定接点ｂ１～ｂ３とからなる第２スイッチ７２とを有する。この第１スイッチ７１と第２スイッチ７２は、可動接触子ａ０およびｂ０が連動するスイッチであり、可動接触子ａ０が固定接触子ａ１～ａ３と各々接触する場合に可動接触子ｂ０は固定接触子ｂ１～ｂ３と各々接触する。この切換部７０は、第１コイル５１からの第１信号ｖ１、あるいは第２コイル５２からの第２信号ｖ２を選択して、プラグ８０の内側接点８０ａおよび外側接点８０ｂ間に出力する電気信号を生成する手段である。

図１では、第１コイル５１の両端に接続された２本の配線と、第２コイル５２の両端に接続された２本の配線に＋、－の文字が付されている。この＋、－の文字は、第１コイル５１が第２振動板３２に近づく方向に移動し、かつ、第２コイル５２が第１振動板３１に近づく方向（すなわち、第１コイル５１とは逆の移動方向）に移動する場合に第１コイル５１が生成する第１信号ｖ１および第２コイル５２が生成する第２信号ｖ２の極性を示す。すなわち、第１コイル５１が第２振動板３２に近づく方向に移動し、かつ、第２コイル５２が第１振動板３１に近づく方向に移動する場合、第１コイル５１および第２コイル５２は、＋の文字が付された配線に接続された端部を正極とし、－の文字が付された配線に接続された端部を負極とする電圧源として機能し、第１信号ｖ１および第２信号ｖ２を各々生成する。以下では、説明の便宜のため、第１コイル５１および第２コイル５２の各々の両端のうち＋の文字が付された配線に接続された側を正極、－の文字が付された配線に接続された側を負極と呼ぶ。

第１コイル５１の正極は、可動接触子ａ０と固定接触子ｂ３に接続されている。第１コイル５１の負極は、プラグ８０の外側接点８０ｂに接続されている。第２コイル５２の正極は、固定接点ａ２およびｂ１に接続されている。第２コイル５２の負極は、固定接点ａ１およびｂ２に接続されている。

ここで、可動接触子ａ０が固定接点ａ１と接触し、可動接触子ｂ０が固定接点ｂ１と接触した場合、プラグ８０の内側接点８０ａは、可動接触子ｂ０→固定接点ｂ１→第２コイル５２の正極→第２コイル５２の負極→固定接点ａ１→可動接触子ａ０→第１コイル５１の正極→第１コイル５１の負極という経路を通ってプラグ８０の外側接点８０ｂに至る。この場合、切換部７０は、第１信号ｖ１と第２信号ｖ２とを同相加算してプラグ８０の内側接点８０ａおよび外側接点８０ｂ間に出力する加算器として機能する。

また、可動接触子ａ０が固定接点ａ２と接触し、可動接触子ｂ０が固定接点ｂ２と接触した場合、プラグ８０の内側接点８０ａは、可動接触子ｂ０→固定接点ｂ２→第２コイル５２の負極→第２コイル５２の正極→固定接点ａ２→可動接触子ａ０→第１コイル５１の正極→第１コイル５１の負極という経路を通ってプラグ８０の外側接点８０ｂに至る。この場合、切換部７０は、第１信号ｖ１から第２信号ｖ２を減算、すなわち、第１信号
ｖ１と第２信号ｖ２とを逆相加算してプラグ８０の内側接点８０ａおよび外側接点８０ｂ間に出力する減算器として機能する。

また、可動接触子ａ０が固定接点ａ３と接触し、可動接触子ｂ０が固定接点ｂ３と接触した場合、プラグ８０の内側接点８０ａは、可動接触子ｂ０→固定接点ｂ３→第１コイル５１の正極→第１コイル５１の負極という経路を通ってプラグ８０の外側接点８０ｂに至る。この場合、第１信号ｖ１がプラグ８０の内側接点８０ａおよび外側接点８０ｂ間に出力される。

次に本実施形態の動作を説明する。図１において、Ｓ１は、第１振動板３１に与えられる音であり、Ｓ２は、第２振動板Ｓ２に与えられる音である。音Ｓ１と音Ｓ２は、同相成分を各々含んでおり、この同相成分により、チャンバ１０内に第１共振モードが発生して、第１振動板３１と第２振動板３２が同じ方向へ移動する。ここで、同じ方向に移動するとは、磁気ギャップ６１Ｇに対する第１振動板３１の相対移動の方向と、磁気ギャップ６２Ｇに対する第２振動板３２の相対移動の方向とが同じになるという意味である。なお、以下の第１共振モードに関する説明では、説明が煩雑になるのを防ぐため、音Ｓ１に含まれる同相成分を単に音Ｓ１と呼び、音Ｓ２に含まれる同相成分を単に音Ｓ２と呼ぶ。

この第１共振モードにおいて、空気の疎密波である音Ｓ１の圧力が上がり、第１振動板３１がチャンバに空気を押し入れる方向に移動するとき、同時に、音Ｓ２の圧力も上がり、第２振動板３２もチャンバに空気を押し入れる方向に移動する。このため、チャンバ１０内の空気が、第１振動板３１および第２振動板３２により、強く圧縮される。

音Ｓ１の圧力が下がり、第１振動板３１がチャンバ１０から空気を引き出す方向に移動するとき、同時に、音Ｓ２の圧力も下がり、第２振動板３２もチャンバ１０から空気を引き出す方向に移動する。このため、チャンバ１０内の空気が、第１振動板３１と第２振動板３２により、強く膨張される。

このようにして、第１共振モードにおいては、チャンバ１０内の空気は空気バネとしてより強く機能し、その結果、最低共振周波数Ｆ０がより高くなる。第１振動板３１および第２振動板３２が同方向に振動するため、第１コイル５１および第２コイル５２から互いに同相の第１信号ｖ１および第２信号ｖ２が出力される。

それに対し、第２共振モードは、音Ｓ１と音Ｓ２の差分により発生し、第１振動板３１と第２振動板３２が逆の方向に移動する。ここで、逆の方向に移動するとは、磁気ギャップ６１Ｇに対する第１振動板３１の相対移動の方向と、磁気ギャップ６２Ｇに対する第２振動板３２の相対移動の方向とが逆の方向になるという意味である。音Ｓ１の圧力が上がり、音Ｓ２の圧力よりも高くなると、第１振動板３１がチャンバに空気を押し入れる方向に移動するとともに、第２振動板３２がチャンバから空気を引き出す方向に移動する。

その後、音Ｓ２の圧力が上がり、音Ｓ１の圧力よりも高くなると、第２振動板３２はチャンバに空気を押し入れる方向に移動するとともに、第１振動板３２がチャンバから空気を引き出す方向に移動する。このように、第１振動板と第２振動板とは互いに逆方向に動くため、チャンバ内の空気は、空気バネとしては働かず、むしろ２枚の振動板への付加質量のように働く。

このようにして、第２共振モードにおいては、チャンバ１０内の空気が負荷質量として機能し、その結果、最低共振周波数Ｆ０がより低くなる。第１振動板３１および第２振動板３２が逆方向に振動するため、第１コイル５１および第２コイル５２から互いに逆相の第１信号ｖ１および第２信号ｖ２が出力される。

図１の音響／信号変換器１において、バスドラム等の低域の音源（図示略）が、第１振動板の正面（図の左）に配置されたとすると（第１の配置）、音源からの強い音Ｓ１が第１振動板３１に届く一方、音Ｓ１より弱く、かつ、音Ｓ１とほぼ同相（音の波長に比べて、第１振動板と第２振動板の間の距離が小さいため）の音Ｓ２が第２振動板３２に届く。この結果、第１共振モードと第２共振モードの両方が同時に発生する。この場合、第１コイル５１が生成する第１信号ｖ１および第２コイル５２が生成する第２信号ｖ２の各々には、第１共振モードの振動に応じた信号と第２共振モードの振動に応じた信号とが含まれる。

従って、切換部７０により第１信号ｖ１または第２信号ｖ２の一方を選択することにより第１共振モードの振動に応じた信号および第２共振モードの振動に応じた信号を含む信号を音響／信号変換器１から得ることができる。また、切換部７０により第１信号ｖ１および第２信号ｖ２の同相加算を行うことにより第１共振モードの振動を示す信号を得ることができ、また、逆相加算を行うことにより第２共振モードの振動を示す信号を得ることができる。

本願発明者は、音源からの音が第１振動板３１の方向から届く場合に、音響／信号変換器１において得られる各種の信号の周波数特性をシミュレーションした。図２は、それら信号の周波数特性を示す図である。図２において、横軸は周波数、縦軸は音響／信号変換器１において得られる各種の信号レベルである。

図２において、周波数特性Ｐ（ｖ１）は、第１信号ｖ１の周波数特性である。この周波数特性Ｐ（ｖ１）は、６０Ｈｚ付近と８５Ｈｚ付近にピークがある双峰型特性となる。ここで、６０Ｈｚ付近のピークは、第２共振モードの最低共振周波数Ｆ０に対応し、８５Ｈｚ付近のピークは、第１共振モードの最低共振周波数Ｆ０に対応する。このように本実施形態によれば、第１共振モードの振動に応じた信号と第２共振モードの振動に応じた信号とを含む第１信号ｖ１が第１コイル３１から得られる。この第１信号ｖ１は、可動接触子ａ０およびｂ０を固定接点ａ３およびｂ３に接触させることによりプラグ８０に出力される。

なお、音源に対する図１の音響／信号変換器の配置を変えることにより、第１信号ｖ１の成分を調整できる。例えば、音源から第１振動板までの距離と、音源から第２振動板までの距離を同じに配置すると（第２の配置）、２つの振動板に届く音Ｓ１と音Ｓ２は同相成分が多く、かつ差分が少なくなるため、２枚の振動板は主に第１モードで振動して、第１信号ｖ１は第１共振モードの成分が多くなる。音源に対する音響／信号変換器の配置を、第１の配置と第２の配置の間で調整することで、第１信号ｖ１に含まれる第１共振モード成分と第２共振モード成分の割合を変えられる。

さらに、音源から第２振動板への音Ｓ２をバッフル板などで遮り、音源からの音Ｓ１だけが第１振動板に届くように配置すると、２つの振動板に届く音Ｓ１と音Ｓ２は差分が多く同相成分を少なり、結果的に、２枚の振動板は主に第２モードで振動して、第２共振モードの成分が多い第１信号ｖ１が得られる。バッフル板での遮蔽の程度を変えることで、第１信号ｖ１に含まれる第１共振モード成分と第２共振モード成分の割合を変えられる。

周波数特性Ｐ（ｖ２）は、第２信号ｖ２の周波数特性である。この周波数特性Ｐ（ｖ２）も、周波数特性Ｐ（ｖ１）と同様、６０Ｈｚ付近と８５Ｈｚ付近にピークがある双峰型の周波数特性となる。このように第１共振モードの振動に応じた信号と第２共振モードの振動に応じた信号とを含む第２信号ｖ２が第２コイル３２から得られる。この第２信号ｖ２を、プラグ８０に出力してもよい。

周波数特性Ｐ（ｖ１－ｖ２）は、第１信号ｖ１から第２信号ｖ２を減算、すなわち、両者を逆相加算した信号（ｖ１－ｖ２）の周波数特性である。この周波数特性Ｐ（ｖ１＋ｖ２）は、第２共振モードの最低共振周波数Ｆ０（６０Ｈｚ付近）にピークがある単峰型の周波数特性となる。

上述したように、第１信号ｖ１および第２信号ｖ２は、いずれも第１共振モードの振動に応じた信号と第２共振モードの振動に応じた信号とを含む。第１信号ｖ１中の第１共振モードに対応した信号と第２信号ｖ２中の第１共振モードに対応した信号は互いに同相である。また、第１信号ｖ１中の第２共振モードに対応した信号と第２信号ｖ２中の第２共振モードに対応した信号は互いに逆相である。このため、第１信号ｖ１と第２信号とを逆相加算すると、第１信号ｖ１中の第１共振モードの振動に応じた信号と、第２信号ｖ２中の第１共振モードの振動に応じた信号が相殺し、第２共振モードが強調され、第２共振モードの振動に応じた第３信号が得られる。この第２共振モードの振動に応じた信号は、可動接触子ａ０およびｂ０を固定接点ａ２およびｂ２に接触させることによりプラグ８０に出力される。

周波数特性Ｐ（ｖ１＋ｖ２）は、第１信号ｖ１と第２信号ｖ２とを同相加算した信号（ｖ１＋ｖ２）の周波数特性である。この周波数特性Ｐ（ｖ１＋ｖ２）は、第１共振モードの最低共振周波数Ｆ０（８５Ｈｚ付近）にピークがある単峰型の周波数特性となる。

第１信号ｖ１と第２信号ｖ２とを同相加算すると、第１信号ｖ１中の第２共振モードの振動に応じた信号と、第２信号ｖ２中の第２共振モードの振動に応じた信号が相殺し、第１共振モードが強調され、第１共振モードの振動に応じた第４信号が得られる。この第１共振モードの振動に応じた第４信号は、可動接触子ａ０およびｂ０を固定接点ａ１およびｂ１に接触させることによりプラグ８０に出力される。

以上のように、本実施形態によれば、音響／信号変換器１において２つの最低共振周波数を有する周波数特性の信号を得ることができる。また、本実施形態によれば、切換部７０の切換操作により、音響／信号変換器１の２つの最低共振周波数Ｆ０の何れか一方の信号を、選択的に得ることができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）上記実施形態では、チャンバ１０において互いに反対側にある円状底板１１および１２に第１振動板３１および第２振動板３２を各々配置したが、同じ底板に第１振動板３１および第２振動板３２を設けてもよい。

（２）上記実施形態では、第１コイル５１、磁気回路６１，第２コイル５２および磁気回路５２をチャンバ１０の内側に設けたが、これらをチャンバ１０の外側に設けてもよい。

（３）上記実施形態において、切換部７０を省略し、第１コイル５１からの第１信号ｖ１と、第２コイル５２からの第２信号ｖ２とを別個のプラグに出力してもよい。この場合において、音響／信号変換器１の外部のミキサがユーザからの指示に従って第１信号ｖ１および第２信号ｖ２の同相加算、逆相加算あるいは一方の出力を行うようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、この発明を可動コイル型のダイナミックマイクに適用した。しかし、この発明の適用範囲は、このような可動コイル型のマイクに限定されるものではない。この発明は、振動板の振動により容量値が変化する容量から電気信号を取り出す可変容量型のマイクにも適用可能である。

１……音響／信号変換器、１０……チャンバ、１１，１２……円状底板、２１……第１開口部、２１……第２開口部、２３，２４……エッジ、３１……第１振動板、３２……第２振動板、４１……第１コイルボビン、４２……第２コイルボビン、５１……第１コイル、５２……第２コイル、６１……第１磁気回路、６２……第２磁気回路、６１Ｇ，６２Ｇ……磁気ギャップ、６１１，６２１……内側ヨーク、６１２，６２２……永久磁石、６１３，６２３……外側ヨーク、７１……切換部、７１……第１スイッチ、７２……第２スイッチ、ａ０，ｂ０……可動接触子、ａ１～ａ３，ｂ１～ｂ３……固定接点、８０……プラグ、８０ａ……内側接点、８０ｂ……外側接点。

Claims (5)

1. 第１開口部と第２開口部とを有するチャンバと、
   前記第１開口部を塞ぐ第１振動板と、
   前記第２開口部を塞ぐ第２振動板と、
   前記第１振動板の振動に応じて、第１信号を生成する第１変換器と
   を備えた音響／信号変換器。
2. 前記第２振動板の振動に応じて、第２信号を生成する第２変換器を
   さらに備えた請求項１に記載の音響／信号変換器。
3. 前記第１信号と前記第２信号の一方から他方を減算することにより、前記第２共振モードの振動に応じた第３信号を生成する減算器を
   さらに備えた請求項２に記載の音響／信号変換器。
4. 前記第１信号と前記第２信号を加算することにより、前記第１共振モードの振動に応じた第４信号を生成する加算器を
   さらに備えた請求項２または３に記載の音響／信号変換器。
5. 前記第１振動板と前記第２振動板は、面積および重さが相互に同じである
   請求項１～４のいずれか１項に記載の音響／信号変換器。

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