JP2010136170A - 無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】急激な圧力変動があったとしても、感度の変動がなく、振動板の破壊などのダメージを回避することができる無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホンを得る。
【解決手段】音響端子１１と、音響端子１１から進入する音波の音圧を受けて振動する振動板３と、振動板３と空隙をおいて対向する固定電極５とを備え、振動板３の背部空間が閉鎖されてなる無指向性コンデンサマイクロホンユニットであって、音響端子１１に正圧または負圧がかかることによって音響端子１１を塞ぐ向きに変位する弁１５，２５を備えている。弁１５，２５は、弾性体からなっていて音響端子１１の近傍に片持ち状に設けられ、音響端子１１にかかる正圧または負圧がなくなることによって原状に復帰する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大きな圧力変動があった場合に振動板が大きく変位することのないようにした無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホンに関するものである。

無指向性コンデンサマイクロホンユニットは、振動板の背部空間が密閉または密閉に近い状態になっていて、ユニット内部の圧力すなわち上記背部空間の圧力とユニットの外部の圧力すなわち音圧との圧力差で動作する。以下、従来の無指向性コンデンサマイクロホンについて、図４を参照しながら説明する。

図４において、有底円筒状のユニットケース１の底板に相当する部分がマイクロホンユニットの前部（図４において上部）になっていて、上記底板に相当する部分に孔が形成されてこの孔１１が音響端子１１となっている。ユニットケース１内には、前側から順に、振動板保持リング２、振動板３、スペーサ４、固定電極５、導電筒７、回路基板８が配置されている。導電筒７の外周面とユニットケース１の内周面との間には絶縁筒６が介在している。

振動板３は薄膜からなり、適宜の張力が付与された状態で外周縁部が振動板保持リング２に固着されている。この振動板３の外周縁部と固定電極５の間に、薄いリング状のスペーサ４が介在し、振動板３と固定電極５との間にスペーサ４の厚みと同じ間隔の隙間が形成されている。固定電極５には、導電筒７の内周側の空間に連なる開口５１が適宜数形成されている。導電筒７の前端（図４におけるは上端）は外向きの鍔部７１となっている。絶縁筒６の前端部は内周面が削られて段部６２が形成され、段部６２の外周側は振動板３の方に向かって立ち上がった円形の突堤６１となっている。この突堤６１の内周側に導電筒７の鍔部７１と固定電極５が位置している。上記段部６２に導電筒７の鍔部７１が載っている。上記突堤６１の段部６２からの突出長さは、導電筒７の鍔部７１の厚さと固定電極５の厚さを足した寸法よりも短く、突堤６１とスペーサ４の間には隙間が生じている。

ユニットケース１の後端部は開放していて、この開放後端部は内方に向かって折り曲げられて、回路基板８の外周縁部をケース１の軸線方向内側に向かって押圧している。この押圧力によって、絶縁筒６、導電筒７の鍔部７１、固定電極５、スペーサ４、振動板３、振動板保持リング２がこの順に押され、振動板保持リング２がユニットケース１の前記底板に相当する部分の内面に当接することにより、上記各内臓部品相互が適宜の圧力で押圧され接触している。固定電極５は、導電筒７を介して回路基板８の適宜の回路パターンに電気的に接続されている。振動板３は振動板保持リング２を通じてユニットケース１に電気的につながり、ユニットケース１は回路基板８の適宜の回路パターンに電気的につながっている。

振動板３と固定電極５との間に形成されている微小な空隙は、固定電極５の孔５１を通じて導電筒７の内周側の空間につながっているが、この導電筒７の内周側の空間はほぼ密閉状態になっている。したがって、振動板３の背部空間の圧力とユニットの外部の圧力すなわち振動板３の前面にかかる音圧との圧力差に応じて振動板３が振動し、電気音響変換されて音声信号が出力され、指向特性は無指向性となっている。振動板３と固定電極５とで、空気を誘電体とするコンデンサを構成していて、上記圧力差で振動板３が振動すると、上記コンデンサの容量が変化する。上記コンデンサの電極を構成する振動板３と固定電極５は回路基板８に接続されていて、回路基板８に、上記容量変化を電圧の変化として出力する回路、インピーダンス変換回路などが組み込まれている。

以上のように構成されている無指向性コンデンサマイクロホンユニットにおいて、外部の圧力変動がなければ、振動板３と固定電極５との間隔が所定の間隔に保たれる。したがって、振動板３が音波を受けてその音圧に従って振動すると、所定の感度をもって音声信号に変換されて出力される。しかしながら、大気圧が変動すると、密閉されて一定の圧力に保たれているユニット内部の圧力と大気圧との差が変動し、振動板３と固定電極５との間隔が変動してマイクロホンユニットの感度が変動する。大気圧が上昇すると、図４に矢印Ｐで示すように、振動板３に正圧がかかって振動板３が大気圧で固定電極５に近づく向きに押され、振動板３と固定電極５で構成されるコンデンサの容量が増大してマイクロホンユニットの感度が上昇する。逆に大気圧が低下すると、図４に矢印Ｎで示すように、振動板３に負圧がかかって振動板３が内部の圧力で固定電極５から遠ざかる向きに押され、振動板３と固定電極５で構成されるコンデンサの容量が低下してマイクロホンユニットの感度が低下する。

このような大気圧変動による振動板３の位置変動を防止するために、キャピラリーチューブを装着しあるいは細い隙間を設けて、振動板３の背後の空間を僅かに開放し、内外の圧力差を徐々に解消することができる構造にしている。このように内外の気圧差をなくすことを圧力等価と称している。圧力等価を行うことにより、極めて低い周波数、例えば、０．数Ｈｚ〜数Ｈｚの音波に対して感度が低下するように設計されている。

しかしながら、例えば、地下鉄のホーム上での電車の発着時の圧力変動や、密閉された部屋でのドアの開閉時の圧力変動などのように、急激に圧力が変動すると、上記圧力等価のための構成を備えていても、圧力等価に至るまでの間に振動板３が大きく変位し、コンデンサマイクロホンユニットの感度が大きく変動する。例えば、大気圧が急激に上昇して振動板３に正圧がかかると、振動板３は固定電極５に向かって変位し、感度が上昇する。極端な場合は、振動板３が固定電極５に接し、大きな雑音を発生することがある。大気圧が急激に低下して振動板３に負圧がかかると、振動板３は固定電極５から離れる向きに変位し、感度が低下する。いずれの場合も、振動板３の変位が大きいと、振動板３が破壊することがある。また、振動板３がプラスチックフィルムの場合は、大きな変位によってクリープが発生し、振動板３が元に戻らなくなることもある。

本願に係る発明に関連のある先行技術として、特許文献１および特許文献２記載の発明がある。特許文献１記載の発明は、後部音響端子が塞がれることによって無指向性に切り替えられる可変指向性コンデンサマイクロホンにおいて、後部音響端子側に無指向性成分を補う空気室を備えていることを特徴としている。特許文献２記載の発明は、対向する一対の音波入り口を備えたコンデンサマイクロホン本体をケーシング内に収納するとともに、このケーシングに、上記一対の音波入り口にそれぞれ対応する外部連通路を設け、かつ、一方の外部通路を開閉する開閉スイッチを設けて、指向性と無指向性を選択可能とした携帯電話用マイクロホンに関するものである。

特開２００６−３３２９２８号公報 特開平１０−２９０４９１号公報

特許文献１および特許文献２記載の発明は、後で説明する本願発明とは目的が異なるが、音波の出入り口を開閉することのみに限れば本願発明と共通性があるため、先行技術を開示している文献として特許文献１および特許文献２を挙げた。

図４を参照して説明した従来の無指向性コンデンサマイクロホンユニットによれば、既に述べたとおり、圧力等価のための構成が付加されていたとしても、急激に圧力変動があると振動板と固定電極との間隔が変動し、感度が変動するとともに、圧力変動が大きい場合は、振動板の破壊、クリープの発生、不快な雑音の発生などの不具合があった。

そこで本発明は、急激な圧力変動があったとしても、感度の変動がなく、振動板の破壊などのダメージを回避することができる無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性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、音響端子と、この音響端子から進入する音波の音圧を受けて振動する振動板と、この振動板と空隙をおいて対向する固定電極とを備え、上記振動板の背部空間が閉鎖されてなる無指向性コンデンサマイクロホンユニットであって、上記音響端子に正圧または負圧がかかることによって上記音響端子を塞ぐ向きに変位する弁を備えていることを最も主要な特徴とする。

大気圧の変化によって音響端子に正圧または負圧がかかると、弁が変位して音響端子を塞ぎ、内部の圧力変動を防止して大きな圧力変動による振動板の変位を防ぐ。これによって、感度の変動が防止され、振動板が大きく変位することを防止することによって振動板の破壊などの不具合を防止することができる。音響端子にかかる正圧または負圧が解消すると、弁は原状に復帰し、振動板は受ける音圧に従って振動し、電気音響変換が行われる。

以下、本発明に係る無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホンの実施例を、図１乃至図３を参照しながら説明する。なお、図４に示す従来例の構成と同じ構成部分には同じ符号を付した。

図１において、有底円筒状のユニットケース１の底板に相当する部分はマイクロホンユニットの前部（図１において上部）になっている。以下、上記底板に相当する部分をユニットケース１の端板１２という。この端板１２に孔が形成され、この孔はユニットケース１の前面側から音波を導入する音響端子１１となっている。ユニットケース１内には、前側から順に、振動板保持リング２、振動板３、スペーサ４、固定電極５、導電筒７、回路基板８が配置されている。導電筒７の外周面とユニットケース１の内周面との間には絶縁筒６が介在している。

振動板３はプラスチックなどを素材とする薄膜からなり、適宜の張力が付与された状態で外周縁部が振動板保持リング２に固着されている。この振動板３の外周縁部と固定電極５の間に、プラスチックなどからなる薄いリング状のスペーサ４が介在し、振動板３と固定電極５との間にスペーサ４の厚みと同じ間隔の空隙が形成されている。固定電極５には、導電筒７の内周側の空間に連なる開口５１が適宜数形成されている。導電筒７の前端（図１におけるは上端）は外向きの鍔部７１となっている。絶縁筒６の前端部は内周面が削られて段部６２が形成され、段部６２の外周側は振動板３の方に向かって立ち上がった円形の突堤６１となっている。この突堤６１の内周側に導電筒７の鍔部７１と固定電極５が位置している。上記段部６２に導電筒７の鍔部７１が載っている。上記突堤６１の段部６２からの突出長さは、導電筒７の鍔部７１の厚さと固定電極５の厚さを足した寸法よりも短く、突堤６１とスペーサ４の間には隙間が生じている。

ユニットケース１の後端部は開放していて、この開放後端部は内方に向かって折り曲げられて、回路基板８の外周縁部をケース１の軸線方向内側に向かって押圧している。符号１３は、ユニットケース１の上記折り曲げ部を示している。この折り曲げ部１３の押圧力によって、絶縁筒６、導電筒７の鍔部７１、固定電極５、スペーサ４、振動板３、振動板保持リング２がこの順に押され、振動板保持リング２がユニットケース１の端板の内面に当接することにより、上記各内臓部品相互が適宜の圧力で押圧され接触している。固定電極５は、導電筒７を介して回路基板８の適宜の回路パターンに電気的に接続されている。振動板３は振動板保持リング２を通じてユニットケース１に電気的につながり、ユニットケース１は回路基板８の適宜の回路パターンに電気的につながっている。

振動板３と固定電極５との間に形成されている微小な空隙は、固定電極５の孔５１を通じて導電筒７の内周側の空間につながっているが、この導電筒７の内周側の空間はほぼ密閉状態になっている。したがって、振動板３の背部空間の圧力とユニットの外部の圧力すなわち振動板３の前面にかかる音圧との圧力差に応じて振動板３が振動し、電気音響変換されて音声信号が出力され、マイクロホンユニットの指向特性は無指向性となっている。振動板３と固定電極５とで、空気を誘電体とするコンデンサを構成していて、上記圧力差で振動板３が振動すると、上記コンデンサの容量が変化する。上記コンデンサの電極を構成する振動板３と固定電極５は回路基板８に接続されていて、回路基板８に、上記容量変化を電圧の変化として出力する回路、インピーダンス変換回路などが組み込まれている。

ここまで説明してきた構成は図４に示す従来例の構成とほぼ同じであるが、本実施例は以下に述べるような特徴のある構成を備えていて、この点が、従来例と異なっている。
ユニットケース１の端板１２は、その前面と後面にそれぞれ弁１５，２５を備えている。これらの弁１５，２５は音響端子１２を構成する孔の近傍に、適宜の厚さの支持部材に片持ち状に支持されている。各弁１５，２５は板状の弾性体からなり、上記端板１２の前面または後面に対し上記支持部材の厚さに相当する間隔をおいて離間している。

上記各弁１５，２５は、外力が加わらない通常の自然状態では、図１に示すようにその弾性力により、端板１２の前面または後面から離間している。したがって、外部から到来する音波は、矢印Ｏで示すように、弁１５と端板１２の前面との隙間から音響端子１１に進入し、さらに端板１２の後面と弁２５との隙間を通り、振動板３に至る。振動板３は音波の音圧にしたがって振動し、前述のように電気音響変換される。振動板３の背面側に形成されている空隙およびこれに連なる空気室は、図４に示す従来例について説明したようにほぼ密閉された状態になっているため、この実施例にかかるマイクロホンユニットの指向特性は無指向性となっている。

いま、大気圧が急激に変動して正圧Ｐがかかったとする。図２はそのときの動作を示しており、上記正圧Ｐによって端板１２の前面側の弁１５が正圧Ｐに押されて変形し、弁１５で音響端子１１の前面側が塞がれる。これによってユニットケース１の端板１２と振動板３などによって区切られている空気室の圧力変動が回避され、振動板３が大きく変位することが防止されるため、振動板３の破壊や、クリープ現象によって振動板３が現状に復帰することができない、といった不具合が生じることを防止することができる。また、振動板３が図２に示すように動作しているときは、振動板３への音波の進入も遮断されるため、振動板３は動作せず、圧力変動に伴う雑音が出力されることも軽減される。
上記正圧Ｐがなくなると、弁１５はその弾性力で図１に示すように原状に復帰し、通常の電気音響変換動作を行うことができる。

次に、大気圧が急激に変動して負圧Ｎがかかったとする。図３はそのときの動作を示しており、上記負圧Ｎによって端板１２の後面側の弁２５が負圧Ｎに押されて変形し、弁２５で音響端子１１の後面側が塞がれる。これによってユニットケース１の端板１２と振動板３などによって区切られている空気室の圧力変動が回避され、振動板３が大きく変位することが防止されるため、前述のような振動板３の不具合が生じることを防止することができる。また、振動板３が図３に示すように動作しているときは、振動板３への音波の進入も遮断されるため、振動板３は動作せず、圧力変動に伴う雑音が出力されることも軽減される。
上記負圧Ｎがなくなると、弁２５はその弾性力で図１に示すように原状に復帰し、通常の電気音響変換動作を行うことができる。

図１乃至図３に示す実施例では、ユニットケース１の端板１２に形成されている音響端子１１の前後にそれぞれ弁１５，２５が設けられているが、例えば、１個の弁を設け、この弁がこれにかかる圧力が正圧かまたは負圧かによって変位する向きが異なるようにしておき、正圧での変位でも負圧での変位でも、１個の弁が音響端子１１を塞ぐように構成してもよい。

本発明にかかる無指向性コンデンサマイクロホンユニットは、これをマイクロホンケースに収納することによって、無指向性コンデンサマイクロホンを構成することができる。マイクロホンケースには必要に応じてマイクロホンケーブルを接続するためのコネクタを設けてもよい。

本発明に係る無指向性コンデンサマイクロホンユニットおよび無指向性コンデンサマイクロホンの用途の例として、アクティブ型ノイズキャンセルヘッドホンにおけるノイズ検出用マイクロホンがある。ノイズキャンセルヘッドホンにおけるアクティブノイズキャンセル制御には、フィードフォワード制御とフィードバック制御がある。フィードフォワード制御では、マイクロホンがヘッドホンの外側に向けて装着されているため、前に説明したような外気の気圧変動によって不具合が発生する。また、フィードバック制御の場合は、マイクロホンがヘッドホンの内側に装着されているため、ユーザーが装着したときに内部圧力が変動して前述の不具合が発生する。アクティブ型ノイズキャンセルヘッドホンにおけるノイズ検出用マイクロホンとして、本発明に係るマイクロホンユニットまたはマイクロホンを採用すれば、このような不具合を解消することができる。

本発明に係る無指向性コンデンサマイクロホンユニットの実施例を示す縦断面図である。 上記実施例の一動作態様を示す縦断面図である。 上記実施例の別の動作態様を示す縦断面図である。 従来の無指向性コンデンサマイクロホンユニットの例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ユニットケース
２ 振動板保持リング
３ 振動板
４ スペーサ
５ 固定電極
１１ 音響端子
１５ 弁
２５ 弁

Claims (6)

1. 音響端子と、この音響端子から進入する音波の音圧を受けて振動する振動板と、この振動板と空隙をおいて対向する固定電極とを備え、上記振動板の背部空間が閉鎖されてなる無指向性コンデンサマイクロホンユニットであって、
   上記音響端子に正圧または負圧がかかることによって上記音響端子を塞ぐ向きに変位する弁を備えている無指向性コンデンサマイクロホンユニット。
2. 音響端子は、振動板、固定電極を含む内臓部品を収納したユニットケースの端板に設けられている請求項１記載の無指向性コンデンサマイクロホンユニット。
3. 弁は、弾性体からなっていて音響端子の近傍に片持ち状に設けられ、音響端子にかかる正圧または負圧がなくなることによって原状に復帰する請求項１または２記載の無指向性コンデンサマイクロホンユニット。
4. 弁は、ユニットケースの端板の前後の面にそれぞれ設けられている請求項２または３記載の無指向性コンデンサマイクロホンユニット。
5. ユニットケースの端板の前面に設けられている弁は音響端子に正圧がかかることによって音響端子を塞ぎ、ユニットケースの端板の後面に設けられている弁は音響端子に負圧がかかることによって音響端子を塞ぐ請求項４記載の無指向性コンデンサマイクロホンユニット。
6. 無指向性コンデンサマイクロホンユニットがマイクロホンケースに収納されてなる無指向性コンデンサマイクロホンであって、上記無指向性コンデンサマイクロホンユニットは請求項１乃至５のいずれかに記載の無指向性コンデンサマイクロホン。

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