JP5522693B2 - ステレオ狭指向性マイクロホン - Google Patents

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Description

本発明は、一つの狭指向性マイクロホンユニットと二つの単一指向性マイクロホンユニットを組み合わせたステレオ狭指向性マイクロホンに関するものである。
ステレオ録音方式の一つにMS方式がある。MSステレオ録音方式は、2本のマイクロホンを用い、その一方をミッド用(以下、その出力信号を「信号M」という)、他方をサイド用(以下、その出力信号を「信号S」という)としたものである。ミッド用マイクロホンは単一指向性または指向性で音源の中央に向けて設置し、サイド用マイクロホンは双指向性で音源方向に対し直角方向に向けて設置する。そして、信号Mと信号Sの和M+Sと、差M−Sを計算して右チャンネルと左チャンネルのステレオ信号に変換し、出力するようになっている。ミッド用およびサイド用のマイクロホンユニットを一つのマイクロホンケース内に収納することによってMS方式ステレオマイクロホンが構成される。
図12は、従来のMS方式ステレオマイクロホンの例を示す。図12において、符号20はミッド用マイクロホンユニットを、30はサイド用マイクロホンユニットをそれぞれ示している。各マイクロホンユニット20、30はコンデンサ型マイクロホンユニットで、マイクロホンユニット20は適宜の間隔をおいて対向することによりコンデンサを構成する振動板201と固定極202を有してなり、マイクロホンユニット30も同様にコンデンサを構成する振動板301と固定極302を有してなる。ミッド用マイクロホンユニット20は図示されないマイクロホンケース内に正面を向けて配置され、サイド用マイクロホンユニット30は上記マイクロホンケース内に横向きに、すなわちミッド用マイクロホンユニット20の収音軸に対し直角方向に向けて配置されている。ミッド用マイクロホンユニット20の指向性は単一指向性または狭指向性であり、サイド用マイクロホンユニット30の指向性は双指向性である。
ミッド用およびサイド用のマイクロホンユニット20、30の振動板201,301はともにグランドGNDに接続されている。ミッド用およびサイド用のマイクロホンユニット20、30のいずれも、振動板201,301が音波を受けて振動すると固定極202,302との間隔が変化することによって静電容量が変化する。この静電容量の変化を音声信号としてそれぞれの固定極202,302から出力するようになっている。ミッド用マイクロホンユニット20の固定極202から出力される音声信号はFET40を主体とするインピーダンス変換回路で低インピーダンスに変換される。符号30はインピーダンス変換回路のバイアス回路を、41はインピーダンス変換回路の負荷抵抗を示している。FET40のドレインには直流電源電圧VDDが印加される。
インピーダンス変換されたミッド用マイクロホンユニット20からの音声信号は、結合コンデンサ42を経てトランジスタ45を主体とするバッファアンプに入力されるように回路が構成されている。上記バッファアンプの出力信号は結合コンデンサ48を経てマトリクストランス70およびもう一つのマトリクストランス80の各一次巻線のプラス端子に入力されるように接続されている。トランジスタ45のベースには分圧抵抗43、44により直流電源電圧VDDが分圧されて印加され、トランジスタ45のコレクタには直流電源電圧VDDが抵抗46を介して印加され、トランジスタ45のエミッタは抵抗47を介してグランドGNDに接続されている。マトリクストランス70の2次巻線のプラス端子は左チャンネルの出力端子Lに接続され、上記2次巻線のマイナス端子はグランドGNDに接続されている。
サイド用のマイクロホンユニット30側の回路もミッド用マイクロホンユニット20側の回路と同様に、FET60を主体とするインピーダンス変換回路、トランジスタ65を主体とするバッファアンプを有している。バッファアンプを構成するトランジスタ65のコレクタからはマイクロホンユニット30の逆相信号−Sが出力され、トランジスタ65のエミッタからはマイクロホンユニット30の正相信号+Sが出力される。符号50は上記インピーダンス変換回路のバイアス回路、61は負荷抵抗、62はインピーダンス変換回路とバッファアンプとの結合コンデンサ、63、64は分圧抵抗、66は直流電源とトランジスタ65のコレクタとの間に接続された抵抗、67はトランジスタ65のエミッタとグランドGNDとの間に接続された抵抗をそれぞれ示している。トランジスタ65のコレクタから出力されるマイクロホンユニット30の逆相信号−Sは結合コンデンサ68を経てマトリクストランス70の1次巻線のマイナス端子に入力されるように接続されている。トランジスタ65のエミッタから出力されるマイクロホンユニット30の正相信号+Sは結合コンデンサ69を経てマトリクストランス80の1次巻線のマイナス端子に入力されるように接続されている。マトリクストランス80の2次巻線のプラス端子は右チャンネルの出力端子Rに接続され、上記2次巻線のマイナス端子はグランドGNDに接続されている。
ミッド用マイクロホンユニット20からの音声信号とサイド用のマイクロホンユニット30からの音声信号は、それぞれインピーダンス変換されたあと、バッファアンプおよびマトリクストランス70、80を経ることによってM+SおよびM−Sの信号に変換され、左チャンネル信号および右チャンネル信号として出力される。具体的には以下の通りである。トランジスタ45を主体とするバッファアンプから出力されるミッド用マイクロホンユニット20側の信号をMとし、サイド用のマイクロホンユニット30からの音声信号のうちバッファアンプの主体をなすトランジスタ65のコレクタ側からの出力信号を−S、エミッタ側からの出力信号を+Sとする。マトリクストランス70の1次巻線の+端子には信号Mが、−端子には信号−Sが入力されるため、マトリクストランス70の2次巻線の+端子からはM+Sの信号が出力され、この信号は出力端子Lから左チャンネルの信号として出力される。一方、マトリクストランス80の1次巻線の+端子には信号Mが、−端子には信号+Sが入力されるため、マトリクストランス80の2次巻線の+端子からはM−Sの信号が出力され、この信号は出力端子Rから右チャンネルの信号として出力される。
このようにして、従来一般的に知られているMS方式ステレオマイクロホンによれば、単一指向性または狭指向性マイクロホンユニットをミッド用とし、双指向性マイクロホンユニットをサイド用とすることにより、左右チャンネルに分離したステレオ音声信号に電気音響変換して出力することができる。しかしながら、双指向性マイクロホンユニットを用いる点が難点になっている。何故なら、マイクロホンユニットの指向性を双指向性とするには、例えば、コンデンサ型マイクロホンユニットの場合、振動板を挟んで両側に固定極を対向させて配置するとともに音響抵抗を対称形に配置し、双方の音響抵抗の値を調整することにより双指向性を得る必要があるからである。しかも、振動板を挟んで音響抵抗を対称形に配置すれば必ず双指向性が得られる訳ではなく、よほど適切な設計をしなければ、双指向性を得ることができないから、双指向性マイクロホンユニットは単一指向性マイクロホンユニットに比べて高価である。また、従来のMS方式ステレオマイクロホンはM信号とS信号の和と差の信号を得るためのマトリクス回路が必要であり、その分コスト高になる難点がある。ちなみに、図12に示す例ではマトリクストランス70、80がマトリクス回路の機能を果たしている。トランスに代わるマトリクス回路としては、トランジスタなどの能動素子を用いた回路がある。いずれにせよ、マトリクス回路を用いることはコスト高の要因となる。
MS方式ステレオマイクロホンに関して記載した文献として特許文献1がある。特許文献1記載のステレオマイクロホンは、単一指向性のミッドユニットと、このミッドユニットの向きに対して直角方向に向いた双指向性のサイドユニットを有し、ミッドユニットの固定極とサイドユニットの振動板を電気的に接続し、サイドユニットの第1固定極を第1FETのゲートに、サイドユニットの第2固定極を第2FETのゲートに接続し、ミッドユニットの振動板、第1、第2FETの各ソースをグランドに接続し、第1、第2FETの各ドレインからステレオ出力を得るようにしたものである。
特許文献1記載の発明によれば、前述のマトリクス回路が不要であるという利点があるが、サイドユニットとして双指向性マイクロホンユニットを必要とするため、コスト高の要因となっている。
特許文献2には、MS方式とは異なるが、MS方式に似た構成のステレオマイクロホンとして、単一指向性または双指向性のミッドユニットと、単一指向性の左サイドユニットおよび右サイドユニットを備えたステレオマイクロホンが記載されている。ミッドユニットは指向軸がマイクロホン本体の主軸と一致するように配置され、左右のサイドユニットはそれぞれの指向軸が上記主軸に直交しかつ主軸を挟んで対称の位置に位置するように配置される。そして、ミッドユニットの出力信号と左サイドユニットの出力信号を加算器で加算して左サイド信号として出力し、ミッドユニットの出力信号と右サイドユニットの出力信号を加算器で加算して右サイド信号として出力するようになっている。
特許文献2記載のステレオマイクロホンによれば、双指向性マイクロホンユニットを用いる必要がないという利点があるが、加算器を用いる必要があるため、コスト高になる難点がある。
特開2006−174136号公報 特開平05−219590号公報
本発明は、ここまで説明してきた従来技術の問題点を解消すること、すなわち、ミッド用マイクロホンユニットとサイド用マイクロホンユニットを用いたステレオマイクロホンであって、双指向性マイクロホンユニットを用いる必要がなく、マトリクス回路が不要なステレオ狭指向性マイクロホンを得ることを目的とする。
本発明は、指向軸をマイクロホン本体の主軸と一致させて配置された狭指向性のミッド用コンデンサマイクロホンユニットと、指向軸を上記主軸に直交する方向に向けかつ上記主軸を挟んで対称形に配置された単一指向性の右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットと、を有してなり、ミッド用コンデンサマイクロホンユニットの出力が上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの振動板を駆動し、上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの固定極からそれぞれ右チャンネル信号と、左チャンネル信号が出力されるように接続されていることを最も主要な特徴とする。
また、本発明は、指向軸をマイクロホン本体の主軸と一致させて配置された狭指向性のミッド用コンデンサマイクロホンユニットと、指向軸を上記主軸に直交する方向に向けかつ上記主軸を挟んで対称形に配置された単一指向性の右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットと、を有してなり、ミッド用コンデンサマイクロホンユニットの出力が上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの固定極を駆動し、上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの振動板からそれぞれ右チャンネル信号と、左チャンネル信号が出力されるように接続されていることを最も主要な特徴とする。
右コンデンサマイクロホンユニット(以下、「右ユニット」という)および左コンデンサマイクロホンユニット(以下、「左ユニット」という)にそれぞれミッド用コンデンサマイクロホンユニット(以下、「ミッドユニット」という)の出力が加算され、それぞれの加算信号が右チャンネル信号、左チャンネル信号として出力される。ミッドユニットは狭指向性であり、右ユニットおよび左ユニットはそれぞれ単一指向性であるから、双指向性マイクロホンユニットを用いる必要がない。また、ミッドユニットを右ユニットおよび左ユニットに直接的に接続してミッドユニットの出力を右ユニットおよび左ユニットにそれぞれ加算するようになっているため、マトリクス回路が不要であり、低コストのステレオ狭指向性マイクロホンを得ることができる。
本発明に係るステレオ狭指向性マイクロホンの実施例を示す回路図である。 上記実施例中のミッドユニットの指向特性を示すグラフである。 上記ミッドユニットの周波数特性を示すグラフである。 上記実施例中の左ユニットの指向特性を示すグラフである。 上記左ユニットの周波数特性を示すグラフである。 上記実施例中の右ユニットの指向特性を示すグラフである。 上記右ユニットの周波数特性を示すグラフである。 上記実施例中のミッドユニットと左ユニットの出力を加算することによって得られる左チャンネル信号の指向特性を示すグラフである。 上記左チャンネル信号の周波数特性を示すグラフである。 上記実施例中のミッドユニットと右ユニットの出力を加算することによって得られる右チャンネル信号の指向特性を示すグラフである。 上記右チャンネル信号の周波数特性を示すグラフである。 従来のステレオマイクロホンの例を示す回路図である。
以下、本発明に係るステレオ狭指向性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。
図1において、符号1,2,3はそれぞれマイクロホンユニットを示しており、ユニット1はミッドユニットを、2は右ユニットを、3は左ユニットをそれぞれ示している。各ユニット1、2、3はコンデンサ型マイクロホンユニットで、ミッドユニット1は適宜の間隔をおいて対向することによりコンデンサを構成する振動板11と固定極12を有している。同様に、右ユニット2もコンデンサを構成する振動板21と固定極22を有し、左ユニット3もコンデンサを構成する振動板31と固定極32を有してなる。ミッドユニット1は図示されないマイクロホンケース内に正面を向けて、より具体的には指向軸をマイクロホン本体の主軸と一致させて配置されている。右ユニット2と左ユニット3は、マイクロホンケース内に横向きに、すなわち指向軸を上記主軸に対し直交する方向に向けて、かつ、互いに外向きに、上記主軸を挟んで対称形に配置されている。ミッドユニット1の指向性は狭指向性であり、例えば細長い音響管の一端部にマイクロホンモジュールが取り付けられることによって狭指向性が与えられている。右および左ユニット2,3の指向性は単一指向性である。ミッドユニット1と右および左ユニット2,3を配置するマイクロホンケースは一体成形されたものであってもよいし、個別のケースを一体に結合したものであってもよい。
ミッドユニット1の振動板11はグランドGNDに接続され、ミッドユニット1によって電気音響変換された音声信号は固定極12から出力されるようになっている。上記音声信号はインピーダンス変換回路を構成するFET5によりインピーダンス変換され、結合コンデンサ52を経て右および左ユニット2,3の振動板21,31に加えられるように接続されている。上記インピーダンス変換回路は自己バイアス回路4を有している。FET5のソースとグランドGNDとの間には上記インピーダンス変換回路の負荷抵抗51が接続されている。右および左ユニット2,3の振動板21,31とグランドGNDとの間には抵抗53が接続されている。
右および左ユニット2,3で電気音響変換された音声信号は固定極22,32から出力されるようになっている。これらの音声信号はインピーダンス変換回路を構成するFET7、9により個別にインピーダンス変換され、それぞれ結合コンデンサ111、121を経てバッファ10に入力されるように接続されている。前記FET5および上記FET7、9のドレインには電源端子130から直流電圧VDDが印加される。FET7、9はそれぞれ自己バイアス回路6,8を備えている。FET7のソースとグランドGNDとの間には上記インピーダンス変換回路の負荷抵抗71が、同様に、FET9のソースとグランドGNDとの間には上記インピーダンス変換回路の負荷抵抗91が接続されている。
バッファ10は、右ユニット2の出力信号を入力とするトランジスタ110と、左ユニット3の出力信号を入力とするトランジスタ120を有してなる。各トランジスタ110、120のコレクタは直流電圧VDDに接続され、各トランジスタ110、120のベースは抵抗112,122を介して電源電圧VDDに接続されている。各トランジスタ110、120のエミッタはそれぞれ負荷抵抗113,123を介してグランドGNDに接続されるとともに、上記各エミッタはそれぞれ出力端子131,132に接続されている。出力端子131は右チャンネルの出力端子、出力端子132はチャンネルの出力端子である。上記電源端子130、出力端子131、132およびグランドGNDに接続されている端子133を経て外部回路と接続されるようになっている。
次に、上記実施例の動作を説明する。ミッドユニット1はマイクロホン本体の正面からの音波を電気音響変換して音声信号を出力し、この音声信号はFET5でインピーダンス変換され出力される。この音声信号をミッド信号Mとする。右ユニット2はマイクロホン本体の右側からの音波を電気音響変換して音声信号を出力し、この音声信号FET7でインピーダンス変換され出力される。左ユニット3はマイクロホン本体の左側からの音波を電気音響変換して音声信号を出力し、この音声信号はFET9でインピーダンス変換され出力される。上記ミッド信号Mは、右ユニット2の振動板21に加えられて振動板21を駆動し、また、左ユニット3の振動板31に加えられて振動板31を駆動するため、右ユニット2からは右ユニット2自身で電気音響変換した音声信号(この音声信号を「R」とする)にミッド信号Mを加算した信号M+Rが出力される。また、左ユニット3からは左ユニット3自身で電気音響変換した音声信号(この音声信号を「L」とする)にミッド信号Mを加算した信号M+Lが出力される。
上記信号M+R及びM+Lはそれぞれトランジスタ110,120を有してなるバッファ10を経て出力端子131および出力端子132から出力される。出力端子131から出力される信号M+Rは右チャンネルの信号、出力端子132から出力される信号M+Lは左チャンネルの信号である。このようにして、図1に示す実施例に係るステレオ狭指向性マイクロホンからは、右チャンネル信号と左チャンネル信号に分離したステレオ信号が出力される。
なお、上記説明において、ミッド信号Mが右ユニット2の振動板21及び左ユニット3の振動板31を「駆動」するとは、電気的に信号を加算する、というほどの意味である。したがって、図示の例のようにミッド信号Mを左右のユニット2、3の振動板21、31に入力する構成に限定されるものではなく、ミッド信号Mを左右のユニット2、3の固定極22,32に入力し、振動板21,31から右信号、左信号を出力する構成にしてもよい。また、ミッドユニット1についても、固定極12をグランドGNDに落とし、振動板11からミッド信号Mを出力してこの信号Mを左右のユニット2、3に入力するようにしてもよい。なお、上記のように左右のユニット2、3およびミッドユニット1の出力を振動板から出力する場合、それぞれの信号の位相が反転する。そこで、上記各ユニットの出力信号の位相を反転させるように回路を構成するとよい。
図2乃至図11は、本発明の実施例の指向特性と周波数特性を実測したグラフである。図2はミッドユニット1の指向特性を示している。ミッドユニット1は狭指向性のユニットであるから、左右方向への広がりが狭く、正面方向に集中した指向特性になっている。図3はミッドユニット1の周波数特性を示している。指向軸0°方向すなわち正面からの音声に対しては低い周波数から高い周波数までほぼ平坦な特性になっている。
図4は左ユニット3の指向特性、図5は左ユニット3の周波数特性、図6は右ユニット2の指向特性、図7は右ユニット2の周波数特性をそれぞれ示している。図4、図6に示す指向特性は、左右のユニット3、2自身の正面方向を指向軸0°として表している。左ユニット3と右ユニット2はともに単一指向性で同じ仕様で製作されているため、図4、図6に示す指向特性はほぼ同じであり、図5、図7に示す周波数特性もほぼ同じになっている。図5、図7に示す周波数特性において、それぞれのユニットにおける正面すなわち0°の特性をみると、低い周波数領域において信号レベルが落ち込んでいる。
図8は、左チャンネルの出力信号すなわちM+L信号の指向特性、図9は上記M+L信号の周波数特性を示す。また、図10は、右チャンネルの出力信号すなわちM+R信号の指向特性、図11は上記M+R信号の周波数特性を示す。図8、図10は、マイクロホン本体の正面すなわちミッドユニット1の指向軸を0°として表している。図8からわかるように、M+L信号である左チャンネル信号の指向軸は左側にほぼ30°傾いている。また、図10からわかるように、M+R信号である右チャンネル信号の指向軸は右側にほぼ30°傾いている。このことから、左右からの音声を分離したステレオ信号を得ることができる。また、図9、図11に示す周波数特性において、正面すなわち0°の特性をみると、低域から高域までほぼ平坦になっている。
以上説明した実施例によれば、MS方式ステレオマイクロホンのようにサイドユニットとして双指向性のユニットを使用するものではないため、定位感に優れたステレオ信号を得ることはできないが、目的音を確実に収音することができるとともに、音の到来方向を感じることができるステレオ信号を得ることができる。
また、ミッドユニットの出力信号を左右のユニットに直接的に加えることによりステレオ信号を得ることができるため、従来のMS方式ステレオマイクロホンのようなマトリクス回路が不要であるとともに、コストが高くなる双指向性ユニットを使用する必要がないため、コストを低減することができ、軽量化及びコンパクト化を図ることができる。
本発明に係るステレオ狭指向性マイクロホンは、例えば、スポーツの中継ないしは録音において、環境音の収音用マイクロホンとして、あるいはインタビュー用のマイクロホンとして利用することができ、その他、本発明の特性を活かした様々な利用方法が考えられる。
1 ミッド用コンデンサマイクロホンユニット
2 右コンデンサマイクロホンユニット
3 左コンデンサマイクロホンユニット
5 FET
7 FET
9 FET
10 バッファ
11 振動板
12 固定極
21 振動板
22 固定極
31 振動板
32 固定極

Claims (7)

  1. 指向軸をマイクロホン本体の主軸と一致させて配置された狭指向性のミッド用コンデンサマイクロホンユニットと、
    指向軸を上記主軸に直交する方向に向けかつ上記主軸を挟んで対称形に配置された単一指向性の右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットと、
    を有してなり、
    上記ミッド用コンデンサマイクロホンユニットの出力が上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび上記左コンデンサマイクロホンユニットの振動板を駆動し
    上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび上記左コンデンサマイクロホンユニットの固定極からそれぞれ右チャンネル信号と、左チャンネル信号が出力されるように接続されているステレオ狭指向性マイクロホン。
  2. 指向軸をマイクロホン本体の主軸と一致させて配置された狭指向性のミッド用コンデンサマイクロホンユニットと、
    指向軸を上記主軸に直交する方向に向けかつ上記主軸を挟んで対称形に配置された単一指向性の右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットと、
    を有してなり、
    上記ミッド用コンデンサマイクロホンユニットの出力が上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび上記左コンデンサマイクロホンユニットの固定極を駆動し、
    上記右コンデンサマイクロホンユニットおよび上記左コンデンサマイクロホンユニットの振動板からそれぞれ右チャンネル信号と、左チャンネル信号が出力されるように接続されているステレオ狭指向性マイクロホン。
  3. ミッド用コンデンサマイクロホンユニットの出力信号は、その固定極からインピーダンス変換回路を経て出力される請求項記載のステレオ狭指向性マイクロホン。
  4. ミッド用コンデンサマイクロホンユニットの出力信号は、その振動板からインピーダンス変換回路を経て出力される請求項記載のステレオ狭指向性マイクロホン。
  5. 右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの出力信号は、それらの固定極からインピーダンス変換回路を経て出力される請求項1または3記載のステレオ狭指向性マイクロホン。
  6. 右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの出力信号は、それらの振動板からインピーダンス変換回路を経て出力される請求項2または4記載のステレオ狭指向性マイクロホン。
  7. 右コンデンサマイクロホンユニットおよび左コンデンサマイクロホンユニットの出力信号は、それぞれバッファアンプを経て出力される請求項1乃至のいずれかに記載のステレオ狭指向性マイクロホン。
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