JP4403412B2

JP4403412B2 - マイクロホン

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Publication number: JP4403412B2
Application number: JP2005124767A
Authority: JP
Inventors: 浩久久保田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: KR20060111399A; CN1852618B; TWI316375B; TW200708167A; US20060239475A1; US7903829B2; JP2006304048A; CN1852618A

Description

本発明は、良好な指向性および周波数特性が得られるコンデンサ型のマイクロホンに関する。

コンデンサ型マイクロホンユニットの出力電圧は振動膜の変位に比例し、無指向性とした場合、振動系の共振点より低い周波数において、全く周波数依存性をもたない。しかし、指向性をもたせると振動膜に加わる起電力が周波数依存性をもつようになる。

図８に単一指向性マイクロホンユニットの最も標準的な構成を示す。図８は指向性マイクロホンユニットの内部構造を示し、筒状の外筺１１内には、筒体の軸方向一端に背面板１２_Rを形成したケース１２が収容されている。ケース１２の軸方向他端には、その開口面を閉塞する振動板（例えば薄い振動膜；振動部）１３が設けられている。

振動板１３から背面板１２_R側に所定距離隔てた部位には複数の穴が穿設された背電極１４が配設され、該背電極１４の径方向略中央には所定径の電極棒１４ａが形成されている。この電極棒１４ａは背面板１２_R側に延設されて、その端部は背面板１２_Rを貫通して導電性の端子１４ａａを形成している。

前記背面板１２_Rには複数の貫通穴１５が穿設され、該貫通穴１５の、背面板１２_R外側端部には例えば布製の音響抵抗体１６が設けられている。前記振動板１３と背電極１４の間隙により、薄流体層１７が形成されており、該薄流体層１７の空気抵抗は、振動板１３の高域共振を抑える程度の大きさで指向性や周波数特性にはあまり影響を与えない程度に設定されている。

背電極１４の裏側の、ケース１２の内周とで囲まれたエリアは空室１８であり、貫通穴１５および音響抵抗体１６とともに指向性を得るための位相推移回路を形成している。単一指向性マイクロホンユニットの周波数依存性は音響抵抗体１６により振動板１３の振動を制御する。音響抵抗体１６の抵抗値を高くすると指向性が弱くなり無指向性になる。

尚直流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホンにおいては、振動膜と背電極の間に、高抵抗を介して直流バイアス電圧が印加されるが、図８の例では、振動板１３と外筺１１の間にバイアス用の直流電源が接続され（図示省略）、外筺１１およびケース１２が前記高抵抗として作用するようになっている。

そして図８のマイクロホンユニットの容量変化によって前記高抵抗の両端（すなわち外筺１１と端子１４ａａ間）に生じる電圧の変化を電気信号として取り出すものである。

また従来、例えば下記特許文献１に記載されているように、単一指向性のマイクロホンユニットと双指向性の１つのマイクロホンユニットを用いて、ステレオ音声を得る、いわゆるＭ−Ｓ方式のマイクロホンが提案されている。
特開昭６０−２２８９７号公報

図８に示す単一指向性マイクロホンユニットの振動板１３を、例えば正面の音源に向けた場合、後方（当該マイクロホンユニットの背部側）の音は、背面板１２_Rの音響抵抗体１６および貫通穴１５を介してユニット内部に入り込む音と、後方から正面に廻り込んで振動板１３から導入される音とが差し引かれることによってキャンセルされる。

しかしこの単一指向性マイクロホンユニットは、後方の音源が近い場合に、当該後方の音が、低音を強調した形で混入される、いわゆる近接効果を有する。

また特許文献１に記載のＭ−Ｓ方式マイクロホンは、単一指向性マイクロホンユニットで構成されているため、単一指向性マイクロホンユニットの構造上の特性により、無指向性マイクロホンユニットのように低音域まで広い周波数特性を出すことができない。さらに、低音域の指向性特性は中音域に比較して落ちる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、良好な指向性および周波数特性の２チャンネルステレオ出力、４チャンネルステレオ出力が得られるマイクロホンを提供することにある。

（１）上記課題を解決するための本発明のマイクロホンは、正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成された第１の双指向性マイクロホンユニットと、正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成された第２の双指向性マイクロホンユニットを含んでいる。そして、この第２の双指向性マイクロホンユニットの指向軸を第１の双指向性マイクロホンユニットの指向軸に対して９０度ずらして配設したことを特徴としている。

単一指向性マイクロホンにおいては、振動部（振動板、振動膜など）を有した正面を音源に向けた際に、後方の音は、背面から入り込む音と後方から正面に廻り込む音とが差し引かれることによってキャンセルされ、正面からの音のみを拾うという、単一指向性を得ている。

この単一指向性マイクロホンは、背後の音源が近い場合に、当該背後の音が低音を強調した形で混入する、いわゆる近接効果を有する。しかし本発明の双指向性マイクロホンユニットは、正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、前記両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成され、一方の単一指向性マイクロホンの背面側には他方の単一指向性マイクロホンの振動部が存在し、他方の単一指向性マイクロホンの背面側には一方の単一指向性マイクロホンの振動部が存在するので、各振動部が近接効果補正用のコンプライアンス（音響コンプライアンス；ｃｍ³／μｂａｒ）として作用し、これによって比較的低い周波数まで単一指向性が保たれる。

前記コンプライアンスは、周波数が低くなるにつれてそのリアクタンスが増すので、マイクロホン背部から導入される音波の音圧は次第に小さくなる。すなわちマイクロホンの背部を閉じた無指向性マイクロホンの特性に近づく。このため正面の周波数特性は低音域まで平坦となる。これによって周波数の違いにより変わることのない、良好な指向性および低音音域まで広い周波数特性を得ることができる。
（２）また、前記第１の双指向性マイクロホンユニットは、前、後チャンネルに対応した音信号を入力し、前記第２の双指向性マイクロホンユニットは、左、右チャンネルに対応した音信号を入力し、前記第１の双指向性マイクロホンユニットから出力される前方チャンネルに対応した音信号と、前記第２の双指向性マイクロホンユニットから出力される左、右チャンネルに対応した音信号とから、前方左、右の２チャンネル音信号を作成して出力する２チャンネル信号回路を備えたことを特徴としている。

前記第１、第２の双指向性マイクロホンユニットと２チャンネル信号回路によって、周波数の違いにより変わることのない良好な指向性を有した２チャンネルステレオマイクロホンを構成することができる。
（３）また前記第１の双指向性マイクロホンユニットは、前、後チャンネルに対応した音信号を入力し、前記第２の双指向性マイクロホンユニットは、左、右チャンネルに対応した音信号を入力し、前記第１の双指向性マイクロホンユニットから出力される前、後チャンネルに対応した音信号と、前記第２の双指向性マイクロホンユニットから出力される左、右チャンネルに対応した音信号とから、前方左、右および後方左、右の４チャンネル音信号を作成して出力する４チャンネル信号回路を備えたことを特徴としている。

前記第１、第２の双指向性マイクロホンユニットと４チャンネル信号回路によって、周波数の違いにより変わることのない良好な指向性を有した４チャンネルステレオマイクロホンを構成することができる。

（１）本発明によれば、正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成された第１の双指向性マイクロホンユニットと、正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成された第２の双指向性マイクロホンユニットから構成される。そして、第２の双指向性マイクロホンユニットの指向軸を第１の双指向性マイクロホンユニットの指向軸に対して９０度ずらして配設するというきわめて簡単な構成からなっている。これにより、一般的な指向性マイクロホンで構成されているステレオマイクロホンに比べて周波数特性の点で、低音域までのびた特性が得られる。
（２）また、指向性マイクロホンの特徴である近接効果がなく、音源との距離が近いと低音域の出力が上がるという現象がない。
（３）さらに、一般的な指向性マイクロホンで構成されるステレオマイクロホンの指向性は周波数によって変わり、特に低音域においては、カーディオイド特性にならず双指向に近くなってしまうが、本発明によれば、低音域においてもカーディオイド特性を実現できる。
（４）また、請求項３に記載の発明によれば、２チャンネルステレオマイクロホンの構成で、回路を追加することにより４チャンネルステレオマイクロホンが実現できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記実施形態例に限定されるものではない。図１は図８に示す単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを対向配設して結合させた双指向性マイクロホンユニットを表しており、図１において図８と同一部分は同一符号をもって示している。

２１、２２は各々図８のマイクロホンユニットと同一に構成された単一指向性マイクロホンユニットである。これらマイクロホンユニット２１、２２の背面板１２_Rどうしは、所定間隔隔てて対向配設され、各マイクロホンユニット２１、２２の外筺１１どうしは、両者を結合し得る軸方向寸法を有した金属性結合リング２３によって結合されている。

尚図１の双指向性マイクロホンユニットでは、単一指向性マイクロホンユニット２１の出力は、該ユニット２１の端子１４ａａと金属性結合リング２３の間から出力１として取り出され、単一指向性マイクロホンユニット２２の出力は、該ユニット２２の端子１４ａａと金属性結合リング２３の間から出力２として取り出されるものである。

図１の単一指向性マイクロホンユニット２１、２２の各部の構成は図８と同一であり、図８の場合と同様にバイアス電圧が印加されるが、前記マイクロホンユニット２１、２２の両振動板１３に同じ極性のバイアス電圧を印加すると、各振動板１３の出力電圧は互いに逆向きのカーディオイド特性を示し、これらの出力の和をとると無指向性マイクロホンとなる。また前記両振動板１３に逆極性のバイアス電圧を印加してそれらの出力の和をとると双指向性マイクロホンとなる。

図１のマイクロホンでは、一方の、例えば単一指向性マイクロホンユニット２１の背面側には他方の単一指向性マイクロホンユニット２２の振動板１３が存在し、他方の単一指向性マイクロホンユニット２２の背面側には一方の単一指向性マイクロホンユニット２１の振動板１３が存在するので、前記両振動板１３が、近接効果補正用のコンプライアンスとして働き、比較的低い周波数まで単一指向性が保たれる。

また、前記接続されたコンプライアンスは、周波数が低くなるにつれてそのリアクタンスが増すので、マイクロホン背部から導入される音波の音圧は次第に小さくなる。すなわち、マイクロホンの背部を閉じた無指向性マイクロホンの特性に近づいてくる。その為に、正面の周波数特性は低音域まで平坦になる。

図２、図３は、本発明のマイクロホンの双指向性マイクロホンユニットの配置関係を表している。図２は、各々図１と同一に構成された双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄ，２０ｓｉｄｅを音源に対して垂直方向に所定間隔隔てて配置し、両者の指向軸を９０度ずらして配設して構成したものである。

具体的には０度方向を収録音源方向とし、同一垂直軸線上の上側に、双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄを０度方向と１８０度方向に向けて設置し、下側に、双指向性マイクロホンユニット２０ｓｉｄｅを９０度方向と２７０度方向に向けて設置する。

また図３は各々図１と同一に構成された双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄ，２０ｓｉｄｅを音源に対して水平方向に所定間隔隔てて配置し、両者の指向軸を９０度ずらして配設して構成したものである。

具体的には０度方向を収録音源方向とし、同一水平軸線上の所定位置に、双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄを０度方向と１８０度方向に向けて設置し、該マイクロホンユニット２０ｍｉｄから水平方向に所定距離隔てた位置に、双指向性マイクロホンユニット２０ｓｉｄｅを９０度方向と２７０度方向に向けて設置する。

そしてこれらマイクロホンユニットを図４もしくは図５のような回路構成にすることで２チャンネルステレオマイクロホンおよび４チャンネルステレオマイクロホンが構成できる。

すなわち図４は、図２、図３のように配設されたマイクロホンユニットの出力から前方左、右の２チャンネル音信号（２チャンネルステレオ出力）を得る２チャンネル信号回路の一例を示している。

図４において、双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄの出力Ｆｒｏｎｔは、図２、図３で述べた、音源に対して０度方向に向けた指向性マイクロホンユニットの出力、すなわち図１の例えば出力１であり、出力Ｒｅａｒは、図２、図３で述べた、音源に対して１８０度方向に向けた指向性マイクロホンユニットの出力、すなわち図１の出力２である。

また双指向性マイクロホンユニット２０ｓｉｄｅの出力Ｌ−ｓｉｄｅは、図２、図３で述べた、音源に対して２７０度方向に向けた指向性マイクロホンユニットの出力、すなわち図１の例えば出力１であり、出力Ｒ−ｓｉｄｅは、図２、図３で述べた、音源に対して９０度方向に向けた指向性マイクロホンユニットの出力、すなわち図１の出力２である。

双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄの出力Ｆｒｏｎｔはアンプ３１を経て、加算器３２の一方の入力端と、差動アンプ３３の非反転入力端に入力される。双指向性マイクロホンユニット２０ｓｉｄｅの出力Ｌ−ｓｉｄｅは差動アンプ３４の非反転入力端に入力され、出力Ｒ−ｓｉｄｅは差動アンプ３４の反転入力端に入力される。

差動アンプ３４の出力は加算器３２の他方の入力端と差動アンプ３３の反転入力端に入力される。加算器３２の出力はＬチャンネルとして出力され、差動アンプ３３の出力はＲチャンネルとして出力される。尚図４では双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄの出力Ｒｅａｒは使用しない。

図５は、図２、図３のように配設されたマイクロホンユニットの出力から、前方左、右および後方左、右の４チャンネル音信号（４チャンネルステレオ出力）を得る４チャンネル信号回路の一例を示している。図５において図４と同一部分は同一符号をもって示し、その説明は省略する。

双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄの出力Ｆｒｏｎｔは、アンプ３５を経て加算器３６の一方の入力端と差動アンプ３７の非反転入力端に入力される。双指向性マイクロホンユニット２０ｓｉｄｅの出力Ｌ−ｓｉｄｅは、差動アンプ３８および差動アンプ３９の各非反転入力端に入力され、出力Ｒ−ｓｉｄｅは、差動アンプ３８および差動アンプ３９の各反転入力端に入力される。

差動アンプ３８の出力は、差動アンプ３７の反転入力端と加算器３６の他方の入力端に入力される。加算器３６の出力はＦｒｏｎｔ−Ｌチャンネルとして出力され、差動アンプ３７の出力はＦｒｏｎｔ−Ｒチャンネルとして出力される。差動アンプ３９の出力は、差動アンプ４０の反転入力端と加算器４１の一方の入力端に入力される。

前記双指向性マイクロホンユニット２０ｍｉｄの出力Ｒｅａｒはアンプ４２を経て、差動アンプ４０の非反転入力端と加算器４１の他方の入力端に入力される。差動アンプ４０の出力はＲｅａｒ−Ｒチャンネルとして出力され、加算器４１の出力はＲｅａｒ−Ｌチャンネルとして出力される。

前記図４の２チャンネルステレオマイクロホンおよび図５の４チャンネルステレオマイクロホンのいずれの場合も、図１で述べたように良好な指向性および周波数特性が得られる。

尚図６は図４の２チャンネルステレオマイクロホンの指向角パターンの一例を示しており、本発明によれば低周波数帯でも図示の指向特性が得られる。

また図７は図５の４チャンネルステレオマイクロホンの指向角パターンの一例を示しており、本発明によれば低周波数帯でも図示の指向特性が得られる。

尚本発明の第１、第２の双指向性マイクロホンユニット（２０ｍｉｄ，２０ｓｉｄｅ）の配置は図２、図３に限らず、指向軸が互いに９０度ずれていれば、他の配置関係にあっても良い。

また本発明の２チャンネル信号回路は図４に限らず、また本発明の４チャンネル信号回路は図５に限らず、各々同様の機能を有する他の回路で構成しても良い。

本発明の双指向性マイクロホンユニットの一実施形態例を示す簡略内部構造図。本発明の第１、第２の双指向性マイクロホンユニットを垂直方向に配置した実施形態例を示す要部斜視図。本発明の第１、第２の双指向性マイクロホンユニットを水平方向に配置した実施形態例を示す要部斜視図。本発明により２チャンネルステレオマイクロホンを実現した実施形態例の回路図。本発明により４チャンネルステレオマイクロホンを実現した実施形態例の回路図。本発明による２チャンネルステレオマイクロホンのポーラパターンを示す特性図。本発明による４チャンネルステレオマイクロホンのポーラパターンを示す特性図。指向性マイクロホンユニットの簡略内部構造図。

符号の説明

１１…外筺、１２…ケース、１３…振動板、１４…背電極、１４ａ…電極棒、１４ａａ…端子、１５…貫通穴、１６…音響抵抗体、１７…薄流体層、１８…空室、２０ｍｉｄ，２０ｓｉｄｅ…双指向性マイクロホンユニット、２１、２２…単一指向性マイクロホンユニット、２３…金属性結合リング、３１，３５，４２…アンプ、３２，３６，４１…加算器、３３，３４，３７，３８，３９，４０…差動アンプ。

Claims

正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、前記両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成された第１の双指向性マイクロホンユニットと、
正面に各々振動部を有した２個の単一指向性マイクロホンユニットの背面どうしを結合し、前記両振動部に逆バイアス電圧を印加するように構成された第２の双指向性マイクロホンユニットからなり、
前記第２の双指向性マイクロホンユニットの指向軸を前記第１の双指向性マイクロホンユニットの指向軸に対して９０度ずらして配設したことを特徴とするマイクロホン。
前記第１の双指向性マイクロホンユニットには、前、後チャンネルに対応した音信号を入力するとともに、前記第２の双指向性マイクロホンユニットには、左、右チャンネルに対応した音信号を入力し、
前記第１の双指向性マイクロホンユニットから出力される前方チャンネルに対応した音信号と、前記第２の双指向性マイクロホンユニットから出力される左、右チャンネルに対応した音信号とから、前方左、右の２チャンネル音信号を作成して出力する２チャンネル信号回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。
前記第１の双指向性マイクロホンユニットには、前、後チャンネルに対応した音信号を入力するとともに、前記第２の双指向性マイクロホンユニットは、左、右チャンネルに対応した音信号を入力し、
前記第１の双指向性マイクロホンユニットから出力される前、後チャンネルに対応した音信号と、前記第２の双指向性マイクロホンユニットから出力される左、右チャンネルに対応した音信号とから、前方左、右および後方左、右の４チャンネル音信号を作成して出力する４チャンネル信号回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。