JP2014011600A - マイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】特定の方向に関してのみ狭指向性であるマイクロホンを得る。
【解決手段】一線上に間隔をおいて配列された複数のマイクロホンユニット１〜７を有し、各マイクロホンユニット１〜７の出力端子は並列に接続され、各マイクロホンユニット１〜７の前部音響端子１３〜７３はマイクロホンユニット１〜７の配列方向の同一面内にあり、マイクロホンユニット１〜７の配列方向に関して斜め方向からの音波に対して一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働き、マイクロホンユニット１〜７の配列方向に関して狭指向性である。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定の方向に関してのみ狭指向性とすることができるマイクロホンに関するものである。

マイクロホンの指向性を狭指向性にするために、複数のマイクロホンユニットを使用したマイクロホンアレイがある。このマイクロホンアレイは、各マイクロホンユニットの出力を信号処理して合成することにより狭指向性を得るものである。コンデンサマイクロホンユニットを用いたマイクロホンアレイは、各マイクロホンユニットにインピーダンス変換器を接続し、インピーダンス変換器の出力信号を合成している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載のマイクロホンアレイは、各マイクロホンユニットを音源方向に向けて配置するとともに、音波を受けて振動する振動板の位置を同一平面上に配置し、かつ、各マイクロホンユニットを直線上に配置している。そして、各マイクロホンユニットを直列に接続し各マイクロホンユニットの出力を加算することにより狭指向性を得ている。

複数のマイクロホンユニットを直列に接続した例として特許文献２記載のコンデンサマイクロホンがある。特許文献２記載のコンデンサマイクロホンは、複数のコンデンサマイクロホンユニットの出力端を直列に接続することにより、指向周波数応答を高域まで優れたものとし、かつ、感度を高めることすなわち出力レベルを高めるものである。

特許文献１および特許文献２記載の発明はいずれも各マイクロホンユニットにインピーダンス変換器を接続してその出力を直列に接続する必要があるとともに、各マイクロホンユニットのインピーダンス変換器の出力信号を加算する加算回路が必要である。

本出願人はまた、複数のコンデンサマイクロホンユニットを用いたマイクロホンにおいて、マイクロホンユニットごとにインピーダンス変換器を接続する必要のないものも提案した。特許文献３記載の発明がそれで、複数のコンデンサマイクロホンユニットの振動板を同一平面内に配置するとともに、各マイクロホンユニットの出力端子を並列に接続して一つのインピーダンス変換器に接続したものである。特許文献３記載のコンデンサマイクロホンによれば、各マイクロホンユニットが並列に接続されているため、出力レベルは一つのマイクロホンユニットの出力レベルと変わらない。しかし、実質的に振動板の有効面積が拡大されるため、個々のマイクロホンユニットの指向性と同じ指向性が保たれたまま、良好な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得ることができる。

マイクロホンの使用態様ないしは使用環境は多種多様である。例えば、会議で使用されるマイクロホンを想定すると、机上に設置されたマイクロホンで収音する範囲は水平面に沿って広がった範囲のみでよい。垂直方向に広がった範囲から収音すると、例えば空調音や机上の書類が擦れ合う音などの騒音を収音することになるから、垂直方向に広がった範囲からの音は集音しないことが望ましい。すなわち、用途によっては、一方向例えば水平方向の面内における音源からの音は収音し、上記一方向に直交する方向例えば垂直方向の面内における音源からの音は収音しない、というように、方向によって指向性が異なるマイクロホンが望まれる。さらに付言すれば、一方向における指向性は単一指向性または無指向性、上記の方向に直交する方向の指向性は狭指向性というように、特定の方向に関してのみ狭指向性であるマイクロホンの実現が望まれる。

特開２０１２−３９２１１号公報 特開２０１１−１００４６号公報 特開２００６−５７１０号公報

本発明は、上に述べたような、特定の方向に関してのみ狭指向性であるマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロホンは、
一線上に間隔をおいて配列された複数のコンデンサマイクロホンユニットを有し、
上記各マイクロホンユニットの出力端子は並列に接続されてインピーダンス変換器の入力端子に接続され、
上記各マイクロホンユニットの前部音響端子は上記マイクロホンユニットの配列方向の同一面内にあり、
上記マイクロホンユニットの配列方向に関して斜め方向からの音波に対して一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働き、
上記マイクロホンユニットの配列方向に関して狭指向性であることを最も主要な特徴とする。

本発明に係るマイクロホンの別の構成は、
一線上に間隔をおいて配列された複数のダイナミックマイクロホンユニットを有し、
上記各マイクロホンユニットの出力端子は並列に接続され、
上記各マイクロホンユニットの前部音響端子は上記マイクロホンユニットの配列方向の同一面内にあり、
上記マイクロホンユニットの配列方向に関して斜め方向からの音波に対して一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働き、
上記マイクロホンユニットの配列方向に関して狭指向性であることを特徴とする。

マイクロホンユニットの配列方向に関して斜め方向からの音波に対しては各マイクロホンユニットの出力信号に位相差が生じ、一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働くため、斜め方向からの音波の集音レベルは低くなる。正面方向からの音波に対しては各マイクロホンユニットの出力信号の位相はほぼ同じである。よって、マイクロホンユニットの配列方向に関しては狭指向性となる。マイクロホンユニットの配列方向に対して直交する方向に関する指向性は各マイクロホンユニットの指向性と同じになる。

本発明に係るマイクロホンの一実施例を示す従断面図である。 上記実施例の出力回路を等価的に示す回路図である。 上記実施例におけるマイクロホンユニット単体の指向特性を示すグラフである。 上記実施例におけるマイクロホンユニット単体の指向周波数特性を示すグラフである。 上記実施例の水平面内内における指向特性を示すグラフである。 上記実施例の水平面内内における指向周波数特性を示すグラフである。 上記実施例の垂直面内内における指向特性を示すグラフである。 上記実施例の垂直面内内における指向周波数特性を示すグラフである。 本発明に係るマイクロホンの別の実施例の出力部を示す回路図である。 上記別の実施例の出力部を等価的に示す回路図である。 本発明に係るマイクロホンのさらに別の実施例を概略的に示す模式図である。

以下、本発明に係る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。

マイクロホンユニットとしてコンデンサマイクロホンユニットを用いた第１実施例について説明する。図１において、符号１〜７はそれぞれコンデンサマイクロホンユニットを示しており、共通仕様の７個のコンデンサマイクロホンユニット１〜７が一直線上に配置されている。個々のコンデンサマイクロホンユニット１〜７の指向特性は単一指向性である。

各マイクロホンユニット１〜７は、ユニットケース１２〜７２と、このユニットケース１２〜７２に内蔵されたマイクロホンエレメント１１〜７１を備えることによって構成されている。各マイクロホンエレメント１１〜７１はコンデンサ型のマイクロホンエレメントで、音波を受けて振動する振動板と、この振動板に微小な間隔をおいて対向配置された固定極を有してなる。上記振動板と固定極によりコンデンサを構成していて、振動板が音波を受けて振動すると上記コンデンサの容量が変化し、電気信号として出力されるようになっている。

各ユニットケース１２〜７２は、後端部が支持板８に嵌め込まれることによって支持板８に固定されている。支持板８は縦方向に長い板で、支持板８の長さ方向に、したがって垂直方向に、各ユニットケース１２〜７２が間隔をおいて直線上に配列されている。各マイクロホンユニット１〜７の前部音響端子１３〜７３は、その配列方向すなわち垂直方向の同一面内にある。

図１に示す実施例では、垂直方向に配列された７個のコンデンサマイクロホンユニット１〜７は、中央のマイクロホンユニット１を中心にしてこのマイクロホンユニット１から遠ざかるにしたがって相互間隔が大きくなっている。また、中央のマイクロホンユニット１を中心にして垂直方向に対称にマイクロホンユニット２〜７が配置されている。なお、各マイクロホンユニットの相互間隔を異ならせるか否かは任意で、各マイクロホンユニットを等間隔に配置してもよい。

支持板８の背面側（図１において右面側）には各マイクロホンユニット１〜７の出力端子１４〜７４が突出しており、各出力端子１４〜７４はケーブル１６で接続されている。支持板８の背面側には、カバー９が被せられ、カバー９は各出力端子１４〜７４を覆っている。支持板８とカバー９でベース１０を構成している。ベース１０は導電材からなり、ベース１０と各コンデンサマイクロホンユニット１〜７のユニットケース１２〜７２が導通している。

カバー９の外側面には、負側の出力端子１９と、この出力端子１９に絶縁材を介して囲まれた正側の出力端子１８が設けられている。負側の出力端子１９はベース１０および各ユニットケース１２〜７２と導通してアース端子として機能している。正側の出力端子１８にはケーブル１６が接続されている。このようにして、各コンデンサマイクロホンユニット１〜７は、前記振動板と固定極からなるコンデンサが互いに並列に接続され、この並列接続されたコンデンサの両端子から信号が出力されるように接続されている。

正負の出力端子１８，１９の後段に図示されないインピーダンス変換器が接続され、インピーダンス変換後にマイクロホンとしての信号が出力される。なお、例えば、ベース１０内にインピーダンス変換器を組み込み、各マイクロホンユニット１〜７の並列出力を上記インピーダンス変換器に入力し、インピーダンス変換した後に出力端子１８，１９から信号を出力するように構成してもよい。

以上説明した第１実施例において、各マイクロホンユニット１〜７の正面から、各マイクロホンユニット１〜７の収音軸に沿って音波Ｐが入ってきたとする。共通仕様の各マイクロホンユニット１〜７に同一条件のもとに音波Ｐが入るため、各マイクロホンユニット１〜７は音波Ｐを電気音響変換して同一位相で同じ出力レベルの信号を出力する。

個々のマイクロホンユニット１〜７単体の指向特性は、図３に示すように単一指向性であってカージオイド曲線を描いている。このマイクロホンユニット単体の単一指向性は、収音軸を中心として水平方向にも垂直方向にも変わりがない。図４はマイクロホンユニット１〜７単体の指向周波数特性を示すもので、収音軸に対する音源の方向をそれぞれ０度、９０度、１８０度、１３５度に切り替え、周波数に対する出力レベルの変化を測定した。太い実線は上記０度、細い実線は１８０度、中間の太さの実線は９０度、破線は１３５度の指向周波数特性を示す。図４からもわかるように、０度での出力レベルが高く、１８０度、１３５度でのレベルは落ち込んでいるので、図３に示す単一指向性であることがわかる。

図５は、上記第１実施例において、各マイクロホンユニット１〜７の配列方向である垂直方向に対して直交する方向すなわち水平方向の指向特性を示している。また、図６は、上記第１実施例における水平方向の指向周波数特性を示す。図５を図３と対比し、図６を図４と対比すると、それほど大きな違いがなく、単一指向性になっている。その理由は、水平方向からの音波に対して各マイクロホンユニット１〜７はほぼ同一の条件のもとに動作するため、各マイクロホンユニット１〜７からはほぼ同一の位相で並列出力されることによる。すなわち、各マイクロホンユニット１〜７の出力回路は並列接続されているため、出力レベルは個々のマイクロホンユニット１〜７の出力レベルとほぼ同じであり、個々のマイクロホンユニット１〜７の出力が位相差によって変動する度合いも少ないからである。

図７は、上記第１実施例において、各マイクロホンユニット１〜７の配列方向である垂直方向の指向特性を示し、図８は、上記第１実施例において、垂直方向の指向周波数特性を示している。図７に示すグラフの角度を表す数値は、各マイクロホンユニット１〜７の収音軸方向に対する垂直方向の角度を表している。図７からわかるように、垂直方向の指向特性は狭い範囲に限定され、収音軸方向に対して音源方向が垂直方向に傾くと急速に出力レベルが減衰する。すなわち、各マイクロホンユニット１〜７の配列方向である垂直方向については狭指向性であることが分かる。垂直方向については狭指向性であることは図８に示す指向周波数特性からも明らかで、太い実線で示す０度の出力レベルは図４、図６に示すものとほとんど変わりがないのに対し、９０度、１８０度、１３５度の出力レベルの落ち込みが顕著である。

第１実施例において、各マイクロホンユニット１〜７の配列方向である垂直方向に関して狭指向性となる理由は以下のとおりである。個々のマイクロホンユニット１〜７の収音軸に対し垂直方向に角度を持った音源から音波が入る場合を想定する。垂直方向の斜めから音波が入ると、個々のマイクロホンユニット１〜７の音響端子に到達する音波に時間差が生じ、各マイクロホンユニット１〜７の出力信号の位相が互いにずれる。したがって、一つのマイクロホンユニットの出力信号と他のマイクロホンユニットの出力信号とが位相差によって打ち消し合い、並列接続されたマイクロホンユニット１〜７全体としての信号レベルは極端に低下する。

図２は、第１実施例において、各マイクロホンユニット１〜７の配列方向である垂直方向に関して狭指向性となる理由を等価回路で示すもので、上に述べたように垂直方向の斜めから音波が入る場合を示している。図２において、符号Ｐは音圧を、Ｃ１は一つのマイクロホンユニットの振動板と固定極で構成されるコンデンサの容量を、Ｃ２〜Ｃ５は他のマイクロホンユニットの振動板と固定極で構成されるコンデンサの容量をそれぞれ示している。マイクロホンユニットのＣ２〜Ｃ５は並列に接続されてインピーダンスが低くなっており、この低インピーダンスが一つのマイクロホンユニットの容量Ｃ１に対しては負荷となるため、出力端子１８，１９からの出力信号レベルは極端に低下する。換言すれば、上記一つのマイクロホンユニットに対して他のマイクロホンユニットが減衰器として働く。

次に、マイクロホンユニットをダイナミックマイクロホンユニットとした第２実施例について説明する。ダイナミックマイクロホンユニットは、磁気ギャップ内に配置されたボイスコイルの両端から電気音響変換された音声信号が出力される。本発明の第２実施例では、図９に示すように、複数のダイナミックマイクロホンユニットのボイスコイル８１〜８５が並列接続されて出力端子から出力されるようになっている。各マイクロホンユニットは一線上に間隔をおいて配列され、各マイクロホンユニットの前部音響端子はマイクロホンユニットの配列方向の同一面内にある。各マイクロホンユニットの具体的な取り付け構造は図示していないが、例えば、図１に示す第１実施例におけるマイクロホンユニットの取り付け構造と同じ構造を採用してもよい。

第２実施例において、各マイクロホンユニットの配列方向に関しては狭指向性となり、各マイクロホンユニットの配列方向に対し直交する方向に関しては個々のマイクロホンユニットの指向性と同じ指向性になる。各マイクロホンユニットの配列方向に関する指向性と上記配列方向に直交する方向に関する指向性が異なる理由は、第１実施例について説明した理由と同じである。すなわち、マイクロホンユニットの配列方向に関して斜め方向からの音波に対しては、一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働き、マイクロホンユニットの配列方向に関しては狭指向性となる。

第２実施例において、各マイクロホンユニットの配列方向に関して狭指向性となる場合の電気的な等価回路を図１０に示す。図１０において、符号Ｐは音圧を、Ｒ１は一つのマイクロホンユニットのボイスコイルの抵抗を、Ｒ２〜Ｒ５は他のマイクロホンユニットのボイスコイルの抵抗をそれぞれ示している。図１０に示すように、音圧Ｐによって動作している一つのマイクロホンユニットのボイスコイルに対して、他のマイクロホンユニットのボイスコイルの抵抗Ｒ２〜Ｒ５が並列に接続されて抵抗値が低くなっている。したがって、この低抵抗値が上記一つのマイクロホンユニットのボイスコイルに対して大きな負荷となって減衰器として働き、出力端子からの出力信号レベルは極端に低下する。

各マイクロホンユニットは、その配列方向に対して直交する方向からの音波に対してはほぼ同一の条件のもとに動作するため、各マイクロホンユニットからはほぼ同一の位相で並列出力され、個々のマイクロホンユニットの出力レベルと同じ出力レベルで出力される。

第１実施例、第２実施例は、複数のマイクロホンユニットを一直線上に配列した構成になっていたが、第３実施例では、前方の一点を中心として円弧を描いた一線上に複数のマイクロホンユニットを配列している。図１１は第３実施例を模式的に示しており、一点１００を中心として円弧を描いた一線１１０上に、複数のマイクロホンユニットを、間隔をおいて配列している。マイクロホンユニットの形式は任意であるが、図１１に示す第３実施例では、図１に示す第１実施例で用いているコンデンサマイクロホンユニットと同様のコンデンサマイクロホンユニット１〜７を用いている。

コンデンサマイクロホンユニット１〜７の構造、コンデンサマイクロホンユニット１〜７のベースへの取り付け構造などは、図１に示す第１実施例と同様の構造とすることができる。複数のマイクロホンユニット１〜７の配列態様が円弧を描いた一線上に配列されていることが第１実施例と異なる。したがって、各マイクロホンユニット１〜７の前部音響端子は、円弧状の一線１１０を含む各マイクロホンユニット１〜７の配列方向の同一面内にある。

第３の実施例においても、複数のマイクロホンユニットの配列方向に関しては狭指向性、上記配列方向に対し直交する方向に関しては個々のマイクロホンユニットの指向性と同じ指向性を得ることができる。

以上、各実施例において、複数のマイクロホンユニットが垂直方向に配列されていることを想定して説明したが、用途によっては、複数のマイクロホンユニットが水平方向に配列されているものであってもよい。したがって、一般的にいえば、一線上に間隔をおいて配列された複数のマイクロホンユニットを有し、各マイクロホンユニットの出力端子は並列に接続されていればよい。マイクロホンユニットの配列方向に関しては狭指向性、上記配列方向に直交する方向に関しては個々のマイクロホンユニットの指向性と同じになる。用途に応じて、マイクロホンユニットの配列方向を垂直方向とし、または水平方向とするというように、使用時のマイクロホンの姿勢を変えればよい。

個々のマイクロホンユニットの指向性は単一指向性に限らない。無指向性、さらには双指向性であってもよい。マイクロホンユニットの配列方向に関しては、個々のマイクロホンユニットの指向性に関わりなく狭指向性になるが、マイクロホンユニットの配列方向に対し直交する方向の指向性は個々のマイクロホンユニットの指向性と同じ指向性になる。したがって、個々のマイクロホンユニットの指向性が無指向性であれば、マイクロホンユニットの配列方向に対し直交する方向の指向性は無指向性になる。

本発明に係るマイクロホンは、従来の単なる狭指向性のマイクロホンと異なり、一方向に関しては狭指向性で、一方向に直交する方向に関しては個々のマイクロホンユニットの指向性であること、例えば単一指向性や無指向性であることが望まれる用途に好適である。したがって、例えば、周囲の話者の音声は良好に拾うことができ、上下方向から入ろうとする空調音や机上の騒音などは拾わないことが望ましい会議用のマイクロホンとして好適である。その他、本発明の特徴を活かした新たな用途が生まれることも考えられる。

８ 支持板
１０ ベース
１〜７ コンデンサマイクロホンユニット
１１〜７１ マイクロホンエレメント
１２〜７２ ユニットケース
１３〜７３ 前部音響端子
１４〜５４ 出力端子

Claims (6)

1. 一線上に間隔をおいて配列された複数のコンデンサマイクロホンユニットを有し、
   上記各マイクロホンユニットの出力端子は並列に接続されてインピーダンス変換器の入力端子に接続され、
   上記各マイクロホンユニットの前部音響端子は上記マイクロホンユニットの配列方向の同一面内にあり、
   上記マイクロホンユニットの配列方向に関して斜め方向からの音波に対して一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働き、
   上記マイクロホンユニットの配列方向に関して狭指向性であるマイクロホン。
2. 一線上に間隔をおいて配列された複数のダイナミックマイクロホンユニットを有し、
   上記各マイクロホンユニットの出力端子は並列に接続され、
   上記各マイクロホンユニットの前部音響端子は上記マイクロホンユニットの配列方向の同一面内にあり、
   上記マイクロホンユニットの配列方向に関して斜め方向からの音波に対して一つのマイクロホンユニットの出力に対し他のマイクロホンユニットが減衰器として働き、
   上記マイクロホンユニットの配列方向に関して狭指向性であるマイクロホン。
3. 各マイクロホンユニットは単一指向性であり、マイクロホンユニットの配列方向に対して直交する方向に関しては単一指向性である請求項１または２記載のマイクロホン。
4. 各マイクロホンユニットは無指向性であり、マイクロホンユニットの配列方向に対して直交する方向に関しては無指向性である請求項１または２記載のマイクロホン。
5. 複数のマイクロホンユニットは、マイクロホンユニットの配列方向中心位置のマイクロホンユニットを中心にしてその両側の対称位置に配置されている請求項１乃至４の何れかに記載のマイクロホン。
6. 複数のマイクロホンユニットは円弧を描く一線上にあり、各マイクロホンユニットの前部音響端子は上記一線を含む面内にある請求項１乃至５の何れかに記載のマイクロホン。
   

Images