JP5201598B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は指向周波数応答を高域にまで優れたものとし、かつ、感度を高めることができるコンデンサマイクロホンに関するものである。

コンデンサマイクロホンは、例えば特許文献１に記載されているような構成を基本的構成としている。すなわち、スペーサを介して対向的に配置される振動板と固定極とを含むコンデンサマイクロホンユニット（以下「ユニット」という）と、音波による振動板の振動を静電容量の変化として電気信号に変換するインピーダンス変換器を含む音声信号出力部とを有している。

また、単一指向性のコンデンサマイクロホンには、音源から到来する音波を振動板の前面側に直接的に加える前方音響端子と、振動板の裏面側に作用させるための後方音響端子とが設けられている。

コンデンサマイクロホンはユニットの口径（直径）によって小型と大型に分類され、口径が２０ｍｍ以下のものを小型，口径が２０ｍｍを超える例えば１インチ（２５．４ｍｍ）以上のものを大型と分類するのが一般的である。

口径が２０ｍｍ以下である小型のユニットは前方音響端子と後方音響端子の音響端子間距離を短くできることから高域の指向周波数応答に優れているが、振動板の面積が小さいため感度が低くＳ／Ｎ比の面で劣る。

これに対して、口径が２０ｍｍを超える大型のユニットは振動板の面積が大きいことから感度，Ｓ／Ｎ比に優れているが、前方音響端子と後方音響端子の音響端子間距離が長くなるため高域の周波数応答が劣る。
なお、Ｓ／Ｎ比はインピーダンス変換器の設計に左右されるが、一般的にはコンデンサマイクロホンユニットの有効静電容量が大きいほど良好になる。

コンデンサマイクロホンの感度を高めるには、いくつかの方法が知られている。例えば振動板の駆動力を増加させる方法、ユニットのインピーダンスを低くする方法、振動板の面積を大きくする（大型ユニットにする）、などである。
ユニットの振動板面積を大きくして感度を高くする方法は、高い周波数における周波数応答が劣化する。これらの課題を解決して、指向周波数応答が劣化せずに固有雑音を低下させるコンデンサマイクロホンが知られている（例えば「特許文献２」を参照）。

特開平２−２３７３００号公報 特開２００６−５７１０号公報

特許文献２に記載されているコンデンサマイクロホンは、ユニットが並列接続であるので、感度を増加させることが困難である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、小型ユニットの長所と大型ユニットの長所をそれぞれ活かし、指向周波数応答が高域まで優れていて、しかもＳ／Ｎ比が良好であるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、それぞれの振動板が同一平面上に配置された複数のコンデンサマイクロホンユニットを有し、一つのコンデンサマイクロホンユニットに接続されるインピーダンス変換器の出力が別のコンデンサマイクロホンユニットの接地側を駆動するように、各コンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されていることを主な特徴とする。

また、本発明はコンデンサマイクロホンに関するものであって、直列に接続された複数のコンデンサマイクロホンユニットを２組備え、各組のコンデンサマイクロホンユニットの出力がそれぞれ平衡出力のホット側出力とコールド側出力であることを特徴とする。

本発明によれば、仮に個々のユニットは小型であるとすれば、音響機械振動系として見た場合には、高域まで指向周波数応答に優れた小型のコンデンサマイクロホンユニットとして動作する。一方、電気的には個々のユニットにそれぞれインピーダンス変換器が接続され、このインピーダンス変換器を介してユニットを直列に接続されることから、出力電圧は接続した段数倍となるためＳ／Ｎ比が大きくなり、高感度なコンデンサマイクロホンユニットとして動作するので、指向周波数応答が高域まで優れ、かつ、Ｓ／Ｎ比が良好であるコンデンサマイクロホンを提供できるようになる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンの実施例を示す概略断面図である。 音源側から見た上記コンデンサマイクロホインユニットの配置例を示す説明図である。

以下、本発明に係るコンデンサ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は、本発明に係るコンデンサマイクロホンの構成を示す概略断面図である。図２は音源側から見た当該コンデンサマイクロホンユニットの配置例を示す説明図である。

図１において、コンデンサマイクロホン１は、複数のユニット１０（１０ａから１０ｄ）を有してなる。ユニット１０ａから１０ｄはいずれも高域の指向周波数応答に優れている小型コンデンサマイクロホンユニットであって、その構成は同一である。

図１におけるユニット１０ａに着目すると、ユニット１０ａは、電気絶縁材からなるスペーサリングを介して対向的に配置される振動板１１および固定極１２と、これらを収納するケース１３と、を有してなる。

ケース１３は、例えば真鍮やアルミニウムなどの導電性を有する金属材の円筒体であって、収音時に図示しない音源側に向けられる一端側（図１において左側）には前方音響端子（孔）１３ａが穿設されている。図１において、各ユニット１０ａから１０ｄには前方音響端子が一つしか示されていないが、実際には図２に示すようにその複数個が例えば同心円上に等間隔で配置されている。

振動板１１は固定極１２との間でコンデンサを形成するものであって、例えば金属蒸着膜を有する合成樹脂の薄膜が用いられる。振動板１１は金属製の支持リング１４に所定の張力をもって張設された状態でケース１３内の前方音響端子１３ａ側に収納される。振動板１１は支持リング１４を介してケース１３と電気的に導通される。

固定極１２は合成樹脂製の絶縁座１５に支持された状態で上記スペーサリングを介して振動板１１と対向するようにケース１３内に収納され、ケース１３の開放されている他端側に固定用のロックリング１７が螺合され、これによってケース１３内の所定の位置で固定される。固定極１２は絶縁座１５によりケース１３とは絶縁されている。

固定極１２および絶縁座１５には図示しない後方音響端子からの音波を振動板１１の裏面側に作用させるための音通路孔１２ａ，１５ａが形成されている。また、絶縁座１５には固定極１２の引出電極１６が設けられている。絶縁座１５の内面には固定極１２と引出電極１６とを接続するための図示しない導体膜が形成されている。

本実施例に係るコンデンサマイクロホン１は、図１に示すように各ユニット１０の引出電極１６または振動板１１側のケース１３がインピーダンス変換器２１の入力端子に接続され、インピーダンス変換器２１の出力によって、他のユニット１０の接地側を駆動するように、ユニット１０ａと１０ｂ、およびユニット１０ｃと１０ｄが直列に接続されている。

すなわち、図１においてユニット１０ａの引出電極１６はインピーダンス変換器２１ａの入力端子に接続され、インピーダンス変換器２１ａの出力端子がユニット１０ｂの振動板１１側のケース１３に接続されている。ユニット１０ｂの引出電極１６はインピーダンス変換器２１ｂの入力端子に接続され、このインピーダンス変換器２１ｂの出力端子が平衡出力のホット（ＨＯＴ）側出力端子になっている。ユニット１０ａの振動板１１側のケース１３は接地されている。
すなわち、ユニット１０ａに接続されているインピーダンス変換器２１ｃの出力が別のユニット１０ｄの接地側（振動板１１）を駆動するように、ユニット１０ｃ、１０ｄが直列接続されている。

また、図１において、ユニット１０ｃの振動板１１側のケース１３はインピーダンス変換器２１ｃの入力端子に接続され、このインピーダンス変換器２１ａの出力端子はユニット１０ｄの引出電極１６に接続されている。ユニット１０ｄの振動板１１側のケース１３はインピーダンス変換器２１ｄの入力端子に接続され、このインピーダンス変換器２１ｄの出力端子が平衡出力のコールド（ＣＯＬＤ）側出力端子となっている。ユニット１０ｃの引出電極１６は接地されている。
すなわち、ユニット１０ｃに接続されているインピーダンス変換器２１ｃの出力が別のユニット１０ｄの接地側（固定極１２）を駆動するように、ユニット１０ｃ、１０ｄが直列接続されている。

インピーダンス変換器２１がＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成される場合、その入力端子はゲート電極、出力端子はドレイン電極、接地される端子はソース電極である。

上記構成を有する本実施例に係るコンデンサマイクロホン１によれば、音響機械振動系では各ユニット１０ａ〜１０ｄを、高域での指向周波数応答が良好である小型（小口径）コンデンサマイクロホンユニットとしてそれぞれ動作させると、電気的には前段のユニット１０の出力が後段のユニット１０の接地側を駆動するので、直列接続された段数倍の出力電圧を得ることができ、Ｓ／Ｎ比が良好なコンデンサマイクロホンユニットとして動作する。

次に、上記構成を備えるコンデンサマイクロホン１において、各ユニット１０ａ〜１０ｄの配置について説明をする。本実施例において、ユニット１０ａ〜１０ｄの特性を揃えるためその配置が重要で、音源に対してユニット１０ａ〜１０ｄがほぼ等距離となるように配置する必要がある。

図１に示すように、各ユニット１０は、それぞれのケース１３の主軸（振動板１１の中心を通る軸線で収音軸と同義）をＸとして、まず、各ユニット１０ａ〜１０ｄの各ケース主軸Ｘを同一に合わせるため互いが平行となるように配置される。次に、コンデンサマイクユニット１０ａ〜１０ｄの各振動板１１が同一平面上に存在するように、各ユニットの位置合わせをする。

本発明に係るコンデンサマイクロホンが備える複数個の各コンデンサマイクロホンユニットは、縦一列もしくは横一列に配置されてもよいが、音源に対して等距離となるように配置することが好ましい。音源が比較的遠い場合には、図３（ａ）に示すようにユニット１０ａから１０ｄを一列状態にし、各振動板１１が同一平面上に配置されるようにしてもよい。

また、音源に対して等距離となるようにするには、隣接する各ユニットの仮想の中心軸が一つの円上に位置するように配置すればよい。すなわち、図３（ｂ）に示すように、ユニット１０ａ〜１０ｄを、その中心軸が正四角形の各頂点に位置するように配置するとよい。各ユニット１０をその個数分の頂点を有する正多角形の各頂点に中心軸が位置するように配置すればよい。このように配置することで、音源から各ユニット１０までの距離にバラつきが生じることなく、音源からの距離が同一となる。

なお、上記の例では各ユニット１０ａ〜１０ｄに同口径のものを用いているが、口径が２０ｍｍ以下の小型ユニットであれば異口径のものを組み合わせてもよく、上記のように構成することで本発明に係るコンデンサマイクロホンを構成することができる。

上記実施例に係るコンデンサマクロホンによれば、各ユニットにおいて振動板１１から入った音声から変換された電気信号が、直列接続されて出力されることになるので、直列接続した段数倍の出力電圧（２０ｌｏｇＮ）を得ることができる。各ユニット１０の固有雑音は無相関であるから、直列接続されても段数倍の増加はせず、１０ｌｏｇＮの増加となる。
このためＳ／Ｎ比は約２倍改善されることとなり、感度を高めながらＳ／Ｎ比を改善することができる。

１ コンデンサマイクロホン
１０（１０ａ〜１０ｃ） コンデンサマイクロホンユニット
１１ 振動板
１２ 固定極
１３ マクロホンユニットケース
１４ 支持リング
１５ 絶縁座
１６ 引出電極
１７ ロックリング
２１（２１ａ〜２１ｄ） インピーダンス変換器
Ｘ ケース主軸

Claims (2)

1. それぞれの振動板が同一平面上に配置された複数のコンデンサマイクロホンユニットを有し、一つのコンデンサマイクロホンユニットに接続されるインピーダンス変換器の出力が別のコンデンサマイクロホンユニットの接地側を駆動するように、各コンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 直列に接続された複数のコンデンサマイクロホンユニットを２組備え、各組のコンデンサマイクロホンユニットの出力がそれぞれ平衡出力のホット側出力とコールド側出力である請求項１記載のコンデンサマイクロホン。

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