JP3299829B2 - 可変指向性コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンデンサマイクロ
ホンに関し、特に詳しく言うと、２つのコンデンサエレ
メントを結合して１つのマイクロホンユニットを構成す
る可変指向性のコンデンサマイクロホンに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサマイクロホンのうち、音響端
子となる振動板がユニットの前後にある形式のものは、
成極電圧を可変することにより可変指向性とすることが
できる。具体的には、固定電極を挟んで前後両面に振動
板が取り付けられ、固定電極には貫通した孔が開いてお
り、後方の振動板に加わった音圧の一部を前方の振動板
の裏側に加えられるようになっている。前後の振動板と
固定電極との間で形成されるマイクユニットはそれぞれ
単一指向性を持つように設計され、単一指向性のマイク
ユニットが背中合わせに２つ収容された構造となってい
る。

【０００３】指向性を可変する機構としては、前部のユ
ニットにあらかじめ設定された電圧、例えば５８Ｖ（ア
ースに対して固定電極＋５８Ｖ、前部振動板＋１１６
Ｖ）の電圧が常に加えられ、後部ユニットの振動板には
ポテンシオメータで、電圧がアースに対して０から＋１
１６Ｖまで変化できるようにしておく。そして、ポテン
シオメータの位置を０電位にもってくると、固定電極に
対して前部ユニットの振動板は＋５８Ｖ、後部ユニット
の振動板は−５８Ｖで両マイクの出力は位相が逆になる
ため指向性は両指向性となる。

【０００４】ポテンシオメータを徐々にあげると、後部
ユニットの電圧が下がるため、無指向性の成分の打ち消
しあいが少なくなり、ハイパーカーディオイドの状態に
なる。ポテンシオメータの位置が中央にくると、後部ユ
ニットの電圧が０となり、前部ユニットのみのカーディ
オイドとなる。ポテンシオメータの位置をアース点に対
して＋５８Ｖ以上になると、固定電極に対して振動板は
正電位となり、前後ユニットの出力は同位相となるので
両指向性成分が打ち消しあうようになり、無指向性に近
い単一になる。また、ポテンシオメータの位置を＋１１
６Ｖの位置まで持ってくると、前後ユニットは指向性は
無指向性となる。

【０００５】このように可変指向性ユニットの代表的な
指向性には、単一指向性、無指向性、両指向性があり、
この中間の成極電圧を印加することにより、これらの中
間の指向性を得ることもできる。このうち無指向性及び
両指向性の場合、０度の周波数応答と１８０度の周波数
応答が揃っていないと完全な無指向性及び両指向性とす
ることはできない。もし、これが不完全な場合、ある周
波数帯域は設定した指向性を有するが、別の周波数帯域
では他の指向特性を有することになり、実用上支障をき
たす。このため、この種のマイクロホンユニットは前後
対称に作成される。また、振動板の張力と振動板に加わ
る音響抵抗及び音響容量からなる音響インピーダンスが
前後対称である必要がある。

【０００６】このほかに、前後の静電容量が異なってい
ると、全周波数帯域で完全な無指向性、両指向性になら
ないので、前後の振動板と固定極の静電容量を同一にす
る必要もある。

【０００７】また固定極には、前後の振動板のそれぞれ
の内側を結合する複数のパイプと称される貫通孔と、複
数のくぼみが設けられる。このうち貫通孔は、それぞれ
の振動板から取り入れられた速度成分を結合する役割を
果たし、くぼみは振動板と固定極の間の薄い空気層の音
響機械インピーダンスを低くし、振動板の裏面に音響容
量を与える役割を果たす。また、音響回路においては、
振動板と固定極の間の薄い空気層の音響抵抗と固定極に
設けられた複数の貫通孔によって音響抵抗が構成され
る。このほかに固定極を前後に分けて、それぞれの後部
に空気室を設け、この空気室間を音響抵抗で結合した音
響回路もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な構造のマイクロホンでは、単一指向性で使用する際、
音響抵抗が１つの場合には、中音域の指向性を重視する
と低音域での近接時の指向性が劣化する。この低音域で
の指向性の劣化は、近接した低音がマイクロホンの後部
にあった場合には、この音波が吸音されてしまうので実
使用時には支障をきたすことになる。また、音響抵抗の
ばらつきが周波数応答に反映されやすくなる。

【０００９】振動板の中央に孔をあけてネジで固定する
場合には、振動板の張力は、このネジの締め付けによっ
て変化しやすい。また、固定極の加工は、表裏を同じ寸
法に仕上げなければならない。しかし、表裏を同一寸法
に仕上げることは機械加工上きわめて高度の加工技術が
必要で、加工方法も複雑であることから、どうしてもコ
ストが高くなっていた。さらに、設計時において、この
固定極に加工する複数の貫通孔の寸法、位置および本数
はある程度計算で求めることはできるが、最終性能を決
める際には、試行錯誤が繰り返されることから、設計に
かかる時間と費用も大きくなることは否めない。したが
って、これもコストを押し上げる原因となる。

【００１０】加えて、組立において振動板などをすべて
組み付けてみなければユニットの性能が確認できないこ
とから、振動板の張力や音響抵抗に不具合があった場
合、これらを分解して修正しなければならない。もし、
固定極に不具合があれば、高価な固定極を廃棄しなけれ
ばならないことになる。

【００１１】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的は、単一指向性において
低音域から中音域にかけて安定した指向性と周波数応答
特性を得ることができる安価で品質の安定した可変指向
性コンデンサマイクロホンを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、固定電極を挟んで前後両面に振動板が
設けられ、後方の前記振動板に加わった音圧の一部を前
記固定電極に形成された貫通孔を介して前方の前記振動
板の裏側に加え、印加される電圧を変えて指向特性を変
更する可変指向性コンデンサマイクロホンにおいて、そ
れぞれがリング状のケースを有する２つのコンデンサエ
レメントを含み、前記各コンデンサエレメントのケース
内には、振動板が張設された振動板支持部材と、貫通孔
が形成された固定電極と、中心に貫通孔を有し同貫通孔
の両面を塞ぐ音響抵抗材を支持してなる音響抵抗材支持
部材とがこの順序で一体的に組立られているとともに、
前記一方のコンデンサエレメントのケースと前記他方の
コンデンサエレメントのケースとが、前記音響抵抗材支
持部材の各外側に位置する前記音響抵抗材の間に空気室
となる間隙を持たせてリング状のカプラーにより結合さ
れていることを特徴としている。

【００１３】

【００１４】

【作用】複数枚の音響抵抗材による音響抵抗と、これら
音響抵抗材間および音響抵抗材と固定電極間に形成され
る複数個の音響容量による梯子状の音響回路が形成され
るので、単一指向性時において低音域から中高音にかけ
て安定した指向性と周波数応答を得ることができる。ま
た、複数枚の音響抵抗材は直列に使用できるので、これ
ら音響抵抗材の個々のばらつきが小さくなり、全体とし
て特性が安定した音響抵抗を得ることができ、音響容量
と音響抵抗はインピーダンスパーツの寸法を変えること
で変更できる。したがって、設計時にこの部分の詳細を
決定するための試作を行って設計変更することも短期間
で簡単に、かつ安価に行うことができる。

【００１５】さらには、各コンデンサエレメントが個別
的に構成されているため、それぞれ独立して動作させる
ことができる。したがって、結合する前の測定により、
各コンデンサエレメントの振動板の張力や音響抵抗それ
に静電容量のばらつきを確認することができ、諸元の近
いエレメントを組み合わせることによって全体の特性が
安定したマイクロホンを極めて容易に提供することがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明を図面に示す一実施例につい
て説明すると、図１はこの実施例に係る可変指向性コン
デンサマイクロホンの断面図で、同図において、可変指
向性コンデンサマイクロホン１は、２つのコンデンサエ
レメント２ａ，２ｂとから構成されている。各コンデン
サエレメント２ａ，２ｂは、図３の分解図に示すよう
に、振動板３を支持する振動板支持部材４と、スペーサ
５と、固定極６および両面にナイロンメッシュシートの
ような音響抵抗材７，８を備えたインピーダンスパーツ
である音響抵抗材支持部材９とをそれぞれに有してい
る。これら振動板支持部材４と、スペーサ５と、固定極
６および音響抵抗材支持部材９は絶縁材で作られたリン
グ状のケース１１内に、振動板支持部材４と、スペーサ
５と、固定極６の順に挿入し、最後に音響抵抗材支持部
材９の外周に設けられたねじ１２をケース１１の内周面
に設けられたねじ１３に螺合させることにより固定され
る。なお、図１および図２において、これら部材はコン
デンサエレメント２ａに属するものは参照番号の後にａ
を、そしてコンデンサエレメント２ｂに属するものは参
照番号の後にｂを付けてそれらが属するエレメントを識
別しているが、図３以降の図面およびその説明において
は説明の繁雑をさけるため、エレメントを表すａあるい
はｂは省略している。

【００１７】振動板支持部材４は、図４の正面図にも示
すように、複数個の音波導入用の開口１４が形成されて
おり、その中心部には固定極６の引き出し用ボルト１５
の挿通孔１６が形成されている。振動板３はその外周部
が引き出し用ボルト１５と相対する面に形成された凹所
１７の外周部に取付けられ、振動板３の他方の面は５０
μｍ厚程度のスペーサ５により僅かな間隙をおいて固定
極６と相対している。この振動板支持部材４は、絞り、
ぬきプレス加工で上述のように構成できるので、安価に
製造することができる。

【００１８】固定極６には、図５の正面図に示すよう
に、多数の貫通孔１８が設けられている。なお、この実
施例では５３個の貫通孔１８が穿孔されている。また外
周部にはスペーサ５を固定するためのリング状に突起１
９が形成されている。これらの貫通孔１８はプレスで１
度に加工でき、突起１９は旋盤で加工できるので、安価
に製造できる。

【００１９】音響抵抗材支持部材９は、図６の正面図に
も示すように、固定極６側には凹所２１が形成され、凹
所２１の中心部には貫通孔２２が形成されている。音響
抵抗材７，８はこの貫通孔２２の両端を塞ぐように位置
している。また、音響抵抗材８は、音響抵抗材支持部材
９の面より僅かに低く位置するように取付けられてい
る。これら音響抵抗材７，８としては、例えばＮＢＣ工
業株式会社の商品名「ナイロンメッシュＮ−ＮＯ．４２
０Ｔ」がある。

【００２０】そして、２つのコンデンサエレメント２
ａ，２ｂは、音響抵抗材支持部材９ａ，９ｂを互いに対
接させて重ね合わせるようにした後、金属材で作られ、
内周面にねじが切られたリング状のカプラー２３で音響
抵抗材支持部材９ａ，９ｂのねじ１２に螺合させること
により一体的に結合される。これにより、コンデンサエ
レメント２ａの凹所２１ａが第１空気室２４となり、音
響抵抗材７ａと８ａとの間が第２空気室２５となる。更
に、コンデンサエレメント２ａの音響抵抗材８ａとコン
デンサエレメント２ｂの音響抵抗材８ｂとの間の間隙が
第３空気室２６となり、コンデンサエレメント２ｂの音
響抵抗材７ｂと８ｂとの間が第４空気室２７となり、そ
して凹所２１ｂが第５空気室２８となり、合計５つの空
気室が形成される。

【００２１】カプラー２３による結合は、コンデンサエ
レメント２ａ，２ｂの音響的な測定を行って振動板３
ａ，３ｂの張力や音響抵抗材７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂお
よび第１から第５空気室２４〜２８からなる音響抵抗の
ばらつきを確認し、また、電気的に静電容量を測定して
そのばらつきを確認し、これらの値が±５％以内のもの
を選択して行われる。これにより、可変指向性コンデン
サマイクロホン１には、５つの第１から第５空気室２４
〜２８と、４つの音響抵抗材７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂか
らなる音響抵抗部が形成され、これらによって梯子状の
音響回路が構成されることになる。

【００２２】なお、音響抵抗材７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂ
からなる音響抵抗は、低音域では空気室の音響容量イン
ピーダンスがきわめて高い値になることから無視できる
ので、１つの音響抵抗として動作する。また、中音域で
は後部の振動板３ｂから取り入れられた音波が、第１か
ら第５空気室２４〜２８と、音響抵抗材７ａ，８ａ，７
ｂ，８ｂで構成された上述の梯子状の音響回路で逐次振
幅と位相が変えられ、前方に位置する振動板３ａの後面
に加えられる。このことから低音域から中後音域にかけ
て安定した単一指向性を得ることができる。

【００２３】なお、第１から第５空気室２４〜２８の容
積の具体的な数値としては、例えば第１および第５空気
室２４，２８では２００立方ｍｍ、第２および第４空気
室２５，２７では３０立方ｍｍ、第３空気室２６では２
０立方ｍｍである。しかし、この容積はコンデンサマイ
クロホンのサイズや特性に応じて設計時で適当な値が選
定される。

【００２４】以上のように構成されたこの実施例によれ
ば、音響抵抗と音響容量による梯子状の音響回路が形成
されるので、単一指向性時において低音域から中高音に
かけて安定した指向性と周波数応答を得ることができ
る。また、２つのコンデンサエレメント２ａ，２ｂをそ
れぞれ独立して動作させることができるので、諸元の近
いエレメントを組み合わせることによって全体の特性が
安定したマイクロホンとすることができる。一方、４枚
の音響抵抗材７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂを直列に使用して
いるので、これら音響抵抗材７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂの
個々のばらつきが小さくなり、全体として特性が安定し
た音響抵抗を得ることができる。更に、音響容量と音響
抵抗はインピーダンスパーツの寸法を変えることで変更
できるので、設計時にこの部分の詳細を決定するための
試作を行って設計変更することも短期間で簡単に、かつ
安価にできる。一方、各部品の構造が簡単で安価に提供
でき、それらの組立行程も簡単であり、加工上や組立上
のばらつきはコンデンサエレメントの組み合わせによっ
て吸収することができるので、安価に可変指向性コンデ
ンサマイクロホンを提供することができる。また、保守
においても不具合が生じた部品のみを交換することで解
決でき、カプラー２３を外し、ケース１２ａあるいは１
２ｂを外すだけの簡単な操作で各備品を分解できるの
で、保守も極めて簡単である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、可変指向性コンデンサマイクロホンにおいて、その
前方の振動板と後方の振動板との間に４枚の音響抵抗材
と５つの音響容量（空気室）とが設けられ、これによっ
て梯子状の音響回路が形成されるため、単一指向性時に
おいて低音域から中高音にかけて安定した指向性と周波
数応答を得ることができる。また、４枚の音響抵抗材は
音響的に直列となるため、これら音響抵抗材の個々のば
らつきが小さくなり、全体として特性が安定した音響抵
抗を得ることができる。さらには、音響容量と音響抵抗
はインピーダンスパーツの寸法を変えることで容易に変
更することができる。

【００２６】また、各コンデンサエレメントが個別的に
構成されており、それぞれ独立して動作させることがで
きるため、結合する前の測定により、各コンデンサエレ
メントの振動板の張力や音響抵抗それに静電容量のばら
つきを確認することができ、諸元の近いエレメントを組
み合わせることによって全体の特性が安定した可変指向
性コンデンサマイクロホンを極めて容易に提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る可変指向性コンデン
サマイクロホンの構造を示す縦断面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】この実施例に係る１つのエレメントを各要素に
分解した断面図である。

【図４】その振動板支持部材のみを示す正面図である。

【図５】その固定極のみを示す正面図である。

【図６】その音響抵抗材支持部材のみを示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 可変指向性コンデンサマイクロホン ２ａ，２ｂ コンデンサエレメント ３ 振動板 ４ 振動板支持部材 ５ スペーサ ６ 固定極 ７，８ 音響抵抗材 ９ 音響抵抗材支持部材 １１ 空隙 １２ ケース ２３ カプラー ２４〜２８ 第１から第５空気室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 19/04 H04R 1/40 320

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極を挟んで前後両面に振動板が設
   けられ、後方の前記振動板に加わった音圧の一部を前記
   固定電極に形成された貫通孔を介して前方の前記振動板
   の裏側に加え、印加される電圧を変えて指向特性を変更
   する可変指向性コンデンサマイクロホンにおいて、それぞれがリング状のケースを有する２つのコンデンサ
   エレメントを含み、前記各コンデンサエレメントのケー
   ス内には、振動板が張設された振動板支持部材と、貫通
   孔が形成された固定電極と、中心に貫通孔を有し同貫通
   孔の両面を塞ぐ音響抵抗材を支持してなる音響抵抗材支
   持部材とがこの順序で一体的に組立られているととも
   に、前記一方のコンデンサエレメントのケースと前記他
   方のコンデンサエレメントのケースとが、前記音響抵抗
   材支持部材の各外側に位置する前記音響抵抗材の間に空
   気室となる間隙を持たせてリング状のカプラーにより結
   合されている ことを特徴とする可変指向性コンデンサマ
   イクロホン。