JP6781910B2 - ダイナミックマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、ダイナミックマイクロホンに関するものである。

ダイナミックマイクロホンにおいて無指向性成分を作り出すためには、振動板の背面側に音波の伝搬路として十分な長さの空気室を確保することが必要である。例えば、ワイヤレスマイクロホンに用いられるダイナミックマイクロホンは、送信機を装着するためのスペースが必要になるため、十分な長さの上記空気室を確保することが困難である。そのため、ワイヤレスマイクロホンに用いられるダイナミックマイクロホンなどでは、波長の長い低周波帯域において、単一指向性を得ることが困難である。

上に述べた、振動板の背面側に音波の通路として十分な長さの空気室が必要である理由をさらに説明する。いま、仮に振動板の背後の直近に、上記背後の空間を画する壁があるとすると、振動板の振動によって動いた空気が上記壁で直ちに跳ね返され、振動板の振動を制限し、音波に忠実な振動が阻害される。すなわち、リアクタンスが高い状態である。特に低い周波数帯でリアクタンスの影響が大きいため、低い周波数帯まで無指向性成分を得るには、振動板の背面側において音波が通る経路を長くする必要がある。

上記の理論を説明している文献として非特許文献１がある。非特許文献１には、指向性リボンマイクロホンの制動素子に関して、リボンマイクロホンは、振動系の機械インピーダンスが小さいため細長い音響管が広く用いられている、と記載されている。そして、非特許文献１には、音響管の音響抵抗を、振動板の位置から遠ざかるにしたがって高くすることにより、音響管の長さを短くすることができることが記載されている。

後で詳細に説明する本発明に関連のある特許文献として、特許文献１、特許文献２、特許文献３がある。

日本電気音響学会誌 第１８巻 第５号（１９６２） 「指向性リボンマイクロホンの制動用音響管の設計」 特開平１１−２５２６７５号公報 特開２０１５−１２４３５号公報 特開２０１５−１５６１３号公報

本発明は、振動板の背面側において音波の伝搬経路を長くとることを可能にして、低い周波数あっても単一指向性を得ることができるダイナミックマイクロホンを得ることを目的とする。

本発明は、
ダイナミックマイクロホンユニットと、前記ダイナミックマイクロホンユニットの振動板の背面側に設けられている空気室とを有し、
前記空気室は、前記振動板の背面側における前記音波の伝搬経路を長くするために折り返され、
前記空気室には、複数の音響抵抗体が前記音波の伝搬経路方向に互いに間隔をおいて配置され、
前記複数の音響抵抗体の音響抵抗値は、前記音波の伝搬経路が前記振動板から遠ざかるに従い高くなっている
ことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、振動板の背面側の空気室を折り返すことによって音波の伝搬経路を長くとることができ、低い周波数であっても単一指向性を得ることができるダイナミックマイクロホンを得ることができる。

本発明に係るダイナミックマイクロホンの実施例を示す縦断面図である。 前記実施例の音響等価回路図である。

以下、本発明に係るダイナミック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に示すダイナミックマイクロホン１００は、周知の通り、磁気回路１２、振動板１４、ユニットケース１６などで構成されたダイナミックマイクロホンユニット１（以下「ユニット１」という）を有している。磁気回路１２は、マグネット１３を主体として、ヨーク板、外ヨーク１１、ポールピースなどで構成されている。

振動板１４は、メインドームと、その外周に連続していてこの外周を取り囲むサブドームを有し、サブドームの外周縁部がユニットケース１６に固着されている。振動板１４の上記メインドームとサブドームの境界に沿ってボイスコイルの一端が固着されている。ボイスコイルは、磁気回路１２によって形成されている磁気ギャップ内にある。振動板１４が音波を受けて振動すると振動板１４とともにボイスコイルも振動し、ボイスコイルから音波に対応した音声信号が出力される。

ユニット１は、外ヨーク１１の図１において下端外周部がユニット支持体２の図１において上端部に嵌め込まれることにより、ユニット支持体２によって支持されている。外ヨーク１１もユニット支持体２も円筒形状である。外ヨーク１１の内部の図１における上半部には外ヨーク１１とともに磁気回路１２を構成するマグネット１３、ヨーク板、ポールピースが組み込まれている。外ヨーク１１の内部の図１における下半部には第１音響抵抗体１５が組み込まれている。

振動板１４の前方には振動板１４の前側に音圧Ｐ１を与える前部音響端子がある。外ヨーク１１の外周とユニットケース１６の内周との間には、振動板１４の背面側に音圧Ｐ２を与える後部音響端子がある。音響端子とは、マイクロホンユニットに対して実効的に音圧を与える空気の位置を指す。

磁気回路１２は振動板１４の背面側にあり、振動板１４の背面側の空間を後述の空気室に連通させるために、磁気回路１２には適宜の孔が設けられている。振動板１４は音波を受けて振動することにより振動板１４の背面側から音波が伝搬される。磁気回路１２の前記孔は前記音波の伝搬経路になっていて、この音波の伝搬経路に第１音響抵抗体１５がある。

ユニット支持体２の内部は比較的大きな空間になっていて、この空間は第１音響抵抗体１５を経た前記音波の伝搬経路の一部をなす第１空気室３１になっている。ユニット支持体２の内部空間は、少なくともその一部が第１空気室３１を構成していてもよい。ユニット支持体２の内部の下端には第２音響抵抗体２５が組み込まれている。ユニット支持体２の底板２２には小径の孔が形成され、この孔は後述の第２サスペンション５の孔とともに連通路７０を構成している。連通路７０は、第１空気室３１と、後述の第２空気室３３とを連通させている。

ユニット支持体２の上端部外周は第１サスペンション４で囲まれ、第１サスペンション４の外周はマイクロホンケース６に結合されている。したがって、ユニット支持体２の上端部は第１サスペンション４を介して円筒形状のマイクロホンケース６に結合されている。ユニット支持体２の下端には第２サスペンション５の基部が固着され、第２サスペンション５の基部から外周方向にフランジ状に張り出した弾性変形部５１の外周縁部がマイクロホンケース６に結合されている。したがって、ユニット支持体２の下端部は第２サスペンション５を介して円筒形状のマイクロホンケース６に結合されている。

第２サスペンション５の基部には、ユニット支持体２の前記孔とともに連通路７０を構成する開口５２が形成されている。

マイクロホンケース６は、マイクロホンケース６の内部空間の下端を塞ぐ底板６１を有している。ユニット支持体２とマイクロホンケース６との間には、ユニット支持体２とマイクロホンケース６の双方に対し間隔をおいて中間支持体３が設けられている。中間支持体３の中心軸線方向の両端部はマイクロホンケース６に結合されている。ユニット支持体２、中間支持体３およびマイクロホンケース６はともに円筒形状で、中心軸線を共通にして配置されている。ユニット支持体２と中間支持体３との間、中間支持体３とマイクロホンケース６との間にそれぞれ円筒形の空間が形成されている。ユニット支持体２と中間支持体３との間の空間は、中間支持体３とマイクロホンケース６との間の空間よりも広い。

ユニット支持体２と中間支持体３との間の空間は、第２サスペンション５の弾性変形部５１に形成されている開口５２を通して連通路７０に連通している。連通路７０からユニット支持体２と中間支持体３との間の空間に至る空間は第２空気室３３になっている。中間支持体３とマイクロホンケース６との間の空間は第３空気室３４になっている。

前記振動板１４の背面側の音波は、第１空気室３１を図１において上から下に向かって伝搬し、連通路７０を通った後折り返されて第２空気室３３に至る。前記音波は第２空気室３３を図１において下から上に向かって伝搬し、さらに中間支持体３の上端近くに形成されている孔３８を通って折り返され、第３空気室３４に至るように、音波の伝搬経路が形成されている。中間支持体３の孔３８は第３音響抵抗体３５によって塞がれている。第３空気室３４の図１における下端、すなわち音波の伝搬経路の先端は閉じられている。

以上述べたとおり、実施例に係るダイナミックマイクロホン１００は、ユニット１と、ユニット１の振動板１４の背面側に音波の伝搬経路となる空気室を有している。この空気室は音波の伝搬経路方向に、第１空気室３１、第２空気室３３、第３空気室３４をこの順に有している。前記音波の伝搬経路を長くするために、第１空気室３１に対して第２空気室３３は折り返され、第２空気室３３に対して第３空気室３４は折り返されている。

第１空気室３１の入口には第１音響抵抗体１５が、第２空気室３３の入口には第２音響抵抗体２５が、第３空気室３４の入口には第３音響抵抗体３５がある。換言すれば、音波の伝搬経路となる空気室には、複数の音響抵抗体すなわち第１音響抵抗体１５、第２音響抵抗体２５、第３音響抵抗体３５が、前記音波の伝搬経路方向に互いに間隔をおいて配置されている。前記複数の音響抵抗体の音響抵抗値は、音波の伝搬経路が前記振動板から遠ざかるに従い高くなっている。すなわち、第１音響抵抗体１５の音響抵抗値をｒ１、第２音響抵抗体２５の音響抵抗値をｒ２、第３音響抵抗体３５の音響抵抗値をｒ３とすると、
ｒ１＜ｒ２＜ｒ３
の関係になっている。

上に述べたとおり、音波の伝搬経路となる空気室は、前記各音響抵抗体１５、２５、３５を境にして音波の伝搬方向に向かって段階的に区分されるとともに、断面積が前記段階的な区分ごとに音波の伝搬方向に向かって小さくなっている。すなわち、第１空気室３１の断面積をＳ１、第２空気室３３の断面積をＳ２、第３空気室３４の断面積をＳ３とすると、
Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３
の関係になっている。
ここで、各空気室３１、３３、３４の断面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とは、音波が各空気室３１、３３、３４を通過するとき、この各空気室３１、３３、３４を音波通過方向に交差する（例えば直交する）面で切ったときの面積である。

さらに、音波の伝搬経路となりかつ音波の伝搬方向に向かって段階的に区分されている空気室のコンプライアンスは、段階的な区分ごとに音波の伝搬方向に向かって小さくなっている。すなわち、第１空気室３１のコンプライアンスをｓ１、第２空気室３３のコンプライアンスをｓ２、第３空気室３４のコンプライアンスをｓ３とすると、
ｓ１＞ｓ２＞ｓ３
の関係になっている。

マイクロホンケース６の上端部には、以上説明したユニット１、ユニット支持体２、中間支持体３などを覆うヘッドケースが結合されている。

以上説明した実施例に係るダイナミックマイクロホン１００の音響等価回路を図２に示す。前部音響端子に与えられる音圧をＰ１、後部音響端子に与えられる音圧をＰ２、振動板１４の質量をｍ０、振動板１４のコンプライアンスをｓ０、後部音響端子の空気の質量をｍ１とする。そして、第１音響抵抗体１５、第２音響抵抗体２５、第３音響抵抗体３５の音響抵抗値をそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ３とする。第１空気室３１のコンプライアンスをｓ１、第２空気室３３のコンプライアンスをｓ２、第３空気室３４のコンプライアンスをｓ３とする。

図２に示すように、音圧Ｐ１、振動板１４の質量ｍ０、振動板１４のコンプライアンスｓ０、後部音響端子の空気の質量ｍ１、音圧Ｐ２が直列接続されている。前記ｓ０とｍ１の接続点からｒ１とｓ１の直列接続が引き出されている。ｒ１とｓ１の接続点からｒ２とｓ２の直列接続が引き出され、この直列接続がｓ１と並列に接続されている。ｒ２とｓ２の接続点からｒ３とｓ３の直列接続が引き出され、この直列接続がｓ２と並列に接続されている。

図２の等価回路を図１に示す構成に即して説明すると、振動板１４の背面側における音波は、当初小さな音響インピーダンスの第１空気室３１にあまり抵抗なく導かれる。この部分は図２のｒ１とｓ１の直列接続部分に相当する。前記音波はさらに、いくらか音響抵抗値が高い第２音響抵抗体２５を経て、いくらか音響インピーダンスの高い第２空気室３３に折り返されて導かれる。この部分は図２のｒ２とｓ２の直列接続部分に相当する。前記音波はさらに、音響抵抗値がより高い第２音響抵抗体２５を経て、音響インピーダンスがより高い第３空気室３４に折り返されて導かれる。この部分は図２のｒ３とｓ３の直列接続部分に相当する。第３空気室３４の先端は閉じられており、音波は空気室の終端に達する。

前記音波の伝搬経路を各空気室の断面積に着目すると、音波は、まず最も大きい断面積Ｓ１の第１空気室３１、次に、断面積Ｓ１よりも小さい断面積Ｓ２の第２空気室３３、そして最も小さい断面積Ｓ３の第３空気室３４の順に導かれる。こうして、音波は断面積が順次小さくなる空気室に導かれていく。

いま仮に、振動板１４の背面側の近くで空気室が閉じていることを想定すると、振動板１４の背面側における音波が空気室の先端で直ちに跳ね返され、跳ね返された音波が振動板１４に作用して振動板１４の振動を妨げる。特に音波の周波数が低域になるほど振動板１４の振動が妨げられやすい。

これに反して本願発明の実施例に係るダイナミックマイクロホン１００によれば、ユニット１の振動板１４の背面側にある音波の伝搬経路となる空気室が折り返して形成されることにより、音波の伝搬経路が長くなっている。したがって、低域の周波数の音波であっても、空気室からの音波の反射すなわちリアクタンスが減衰され、振動板１４の振動を妨げる要因が軽減される。

前記実施例に係るダイナミックマイクロホン１００は、振動板１４の背面側における空気室に、複数の音響抵抗体を音波の伝搬経路方向に互いに間隔をおいて配置している。そして、各音響抵抗体の音響抵抗値は、音波の伝搬経路が振動板から遠ざかるに従い高くしている。すなわち、振動板１４に近いところで音響インピーダンスが低く、振動板１４から遠ざかるに従い音響インピーダンスが高くなっている。したがって、前記音波は当初空気室に受け入れられやすく、振動板から遠ざかるに従い音響インピーダンスによって減衰され、リアクタンス成分が減少し、振動板１４の振動を妨げる要因が軽減される。

振動板１４の振動を妨げる要因が軽減される効果は、前記空気室を、音響抵抗体を境にして音波の伝搬方向に向かって段階的に区分し、空気室の断面積を段階的な区分ごとに音波の伝搬方向に向かって小さくすることによっても得られる。また、空気室のコンプライアンスを段階的な区分ごとに音波の伝搬方向に向かって小さくすることによっても得られる。

本発明に係るダイナミックマイクロホンは、ワイヤレスマイクロホンのように、送信機がスペースを占有するものにおいても、長い空気室を容易に確保することができる利点がある。ただし、本発明に係るダイナミックマイクロホンは、ワイヤレスマイクロホン以外のマイクロホンにも適用可能である。

１ マイクロホンユニット
２ ユニット支持体
３ 中間支持体
４ 第１サスペンション
５ 第２サスペンション
６ マイクロホンケース
１１ 外ヨーク
１２ 磁気回路
１３ マグネット
１４ 振動板
１５ 第１音響抵抗体
１６ ユニットケース
２５ 第２音響抵抗体
３１ 第１空気室
３３ 第２空気室
３４ 第３空気室
３５ 第３音響抵抗体
７０ 連通路

Claims (6)

1. ダイナミックマイクロホンユニットと、前記ダイナミックマイクロホンユニットの振動板の背面側に設けられている空気室とを有するダイナミックマイクロホンであって、
   前記ダイナミックマイクロホンユニットはユニット支持体によって支持され、
   前記ユニット支持体とマイクロホンケースの間には、前記ユニット支持体と前記マイクロホンケースの双方に対し間隔をおいて中間支持体があり、
   前記ユニット支持体の内部空間は第１空気室を形成し、
   前記ユニット支持体と前記中間支持体の間の空間が第２空気室を形成し、
   前記中間支持体と前記マイクロホンケースの間の空間が第３空気室を形成し、
   前記第１空気室と前記第２空気室と前記第３空気室は連通し、
   前記第１空気室と前記第２空気室の連通部および前記第２空気室と前記第３空気室の連通部は、前記振動板の背面側における前記音波の伝搬経路を長くするために折り返され、
   前記空気室には、複数の音響抵抗体が前記音波の伝搬経路方向に互いに間隔をおいて配置され、
   前記複数の音響抵抗体の音響抵抗値は、前記音波の伝搬経路が前記振動板から遠ざかるに従い高くなっているダイナミックマイクロホン。
2. 前記第１空気室、前記第２空気室、前記第３空気室は、前記音響抵抗体を境にして前記音波の伝搬方向に向かって段階的に区分されるとともに、断面積が前記段階的な区分ごとに前記音波の伝搬方向に向かって小さくなっている請求項１記載のダイナミックマイクロホン。
3. 前記第１空気室、前記第２空気室、前記第３空気室は、前記音響抵抗体を境にして前記音波の伝搬方向に向かって段階的に区切られるとともに、コンプライアンスが前記段階的な区分ごとに前記音波の伝搬方向に向かって小さくなっている請求項１または２記載のダイナミックマイクロホン。
4. 前記第３空気室は、音波の伝搬経路の先端が閉じている請求項１、２または３記載のダイナミックマイクロホン。
5. 前記ユニット支持体の前記音波の伝搬方向両端部は、サスペンションを介して前記マイクロホンケースに結合され、前記第１空気室から前記第２空気室に至る前記音波の伝搬経路に位置する前記サスペンションは音波を伝搬するための開口を有する請求項１ないし４のいずれかに記載のダイナミックマイクロホン。
6. 前記中間支持体は、前記第２空気室と前記第３空気室を折り返して連通させる開口を有する請求項１ないし５のいずれかに記載のダイナミックマイクロホン。
   

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