JP2022149103A - 音響/信号変換器 - Google Patents
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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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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Applications Claiming Priority (1)
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JP2021051087A JP2022149103A (ja) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 音響/信号変換器 |
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US10149078B2 (en) * | 2017-01-04 | 2018-12-04 | Apple Inc. | Capacitive sensing of a moving-coil structure with an inset plate |
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