JP5249901B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

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本発明は、音孔が穿設されたケースと、このケースの内面に沿って配置した振動板とでコンデンサ部が形成されているコンデンサマイクロホンに関し、詳しくは、複数の振動板を有するマイクロホンの改良に関する。
上記のように構成されたコンデンサマイクロホンとして、特許文献1には、背極板を備えている点で本発明のコンデンサ部とは基本的な構造が異なるものであるが、筐体内部に筐体軸線と平行に配置した複数(実施の形態では2枚)の振動板を備え、これに対面する背極板を備え、この背極板に導通するコンタクタを介してアンプユニットに信号を伝える構成が示されている。
また、特許文献2には、コンデンサマイクロホンには限らないものであるが、多面体の面に対応した位置に勾配圧力マイクロホンを含むカプセルを配置したサウンドフィールドマイクロホンが示されている。
特開2004‐40584号公報 特開2007‐6458号公報
音響振動の入力方向に拘わらず音声を高感度で感知するために無指向性のマイクロホンが必要とされることがある。また、マイクロホンは小型であることが好ましい。
このような必要性から特許文献1に示される複数の振動板を、特許文献2のように多面体の表面に対応する位置に配置することも考えられる。しかしながら、特許文献1に記載されるもののように背極板を必要とするものでは小型化を阻害するものとなる。
本発明の目的は、どのような入力方向からの音響振動であっても高感度で感知するマイクロホンを合理的に構成する点にある。
本発明の特徴は、音孔が穿設されたケースと、このケースの内面に沿って配置した振動板とでコンデンサ部が形成されているコンデンサマイクロホンであって、
前記ケースが、6面体から1面を取り除いた形状の5面の壁体と、開放部とを有する金属製のカプセル状に構成され、当該壁体のうち互いに直交する姿勢の3つの壁体夫々の内面に沿って前記振動板を配置し、夫々の壁体の内面と、これに対向する前記振動板との少なくとも一方にエレクトレット層を形成することにより複数の前記コンデンサ部を形成し、この複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を併せて電気信号として取り出す出力部を備え
前記壁体が、前記ケースを形成するベース部と、前記音孔が形成された部位を前記ベース部から外方に突出する膨出部とで構成されると共に、前記振動板が、振動板ユニットのフレームに支持され、このフレームを前記ベース部に接触させることで、前記振動板と前記膨出部とを対向させて前記コンデンサ部が構成され、
前記出力部が前記開放部を嵌め込み固定される基板で構成されると共に、
前記開放部から前記ケースの内部に前記振動板ユニットを挿入した状態で、この振動板ユニットの振動板と導通するコンタクト端子が、前記フレームのうち前記開放部に対応する端部に形成され、
前記開放部に前記基板が嵌め込み固定された状態で前記コンタクト端子に接触する入力電極が前記基板に形成されている点にある。
この構成によると、互いに直交する3方向の何れの方向から音響振動が作用する状況でも、何れかの振動板で音声の取得が可能となる。また、このように音響信号がマイクロホンに伝わる際には夫々の振動板に対して音響振動が作用することにより夫々の振動板がともに振動するのが普通であり、この複数の振動板の振動からの信号を併せて出力部から電気信号として取り出すことも可能となる。更に、壁体とこの内面の振動板とでエレクトレット型のコンデンサ部を構成するので、背極板を備えずに済み部品点数の増大を抑制すると同時に小型化も可能となる。その結果、どのような入力方向からの音響振動であっても高感度で感知するマイクロホンが小型に構成された。
また、ケースのベース部に振動板ユニットのフレームを接触させるように振動板ユニットを配置することで、スペーサを備えることなく振動板と壁体との間に隙間を形成でき一層の小型化が実現する。
さらに、ケースの内部に振動板ユニットを挿入し、開放部に基板を嵌め込み固定した場合には、振動板ユニットのフレームの端部のコンタクト端子が基板の入力電極に接触することで振動板の振動に起因する静電容量の変化を基板に伝え、この基板において電気信号として取り出すことが可能となる。これにより、特別に配線を接続する等の工程を必要とすることなくマイクロホンの組み立てが可能となる。また、カプセル状のケースの5面に対応した方向から音響振動を取り込むことにより、一層高感度に構成することも可能になる。
本発明は、前記ケースの内部に、5つの振動板の背後側の空間同士を隔絶するセパレータが備えられても良い。
これによると、振動板の振動が、ケース内の空気を介して他の振動板に影響する現象を抑制して、高感度を維持できる。
本発明は、前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する単一のインピーダンス変換手段を備えても良い。
これによると、複数のコンデンサ部の静電容量の変化を、単一のインピーダンス変換手段が併せて電圧信号に変換して出力することになり、部品点数の増大を抑制して構造が単純になる。
本発明は、前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を格別に電圧信号に変換して出力するようにコンデンサ部の数と同数のインピーダンス変換手段を備えても良い。
これによると、各コンデンサ部の静電容量の変換を、各コンデンサ部に対応するインピーダンス変換手段が格別に電圧信号に変換して出力することになり、例えば、各インピーダンス変換手段のゲインを各コンデンサ部に対応して調整することにより、各コンデンサ部の静電容量のバラツキをなくすことも可能となる。
マイクロホンの全体を示す全体図である。 マイクロホンの分解斜視図である。 マイクロホンの縦断図及び拡大断面図である。 マイクロホンの横断面図である。 振動板ユニットの構造を示す斜視図である。 基板の上面図及び底面図である。 基板と振動板ユニットとの斜視図 マイクロホンの電気回路図である。 マイクロホンの異なる実施形態の電気回路図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2に示すように、正立方体となる6面体から1面を取り除いた形状の5面の壁体Awが一体的に形成されたケースAと、このケースAの内部に各壁体Awに対向して備えられる5つの振動板ユニットBと、ケースAの内部空間を分割するセパレータCと、ケースAの開放部を閉じる出力部Dとを備えて多面体型のコンデンサマイクロホン(以下、マイクロホンと略称する)が構成されている。このマイクロホンはどのような姿勢でも使用可能であるが、図1に示す姿勢に従って図面の上側を上側とし、図面の下側を下側(底部)として以下の説明を行う。
このマイクロホンは、ケースAの内面にエレクトレット層Eを形成したフロントエレクトレットタイプに構成され、5面の壁体Awに対応した5つの振動板6の振動に起因するコンデンサ部の静電容量の変化を出力部Dに備えたFET等の出力チップ27(インピーダンス変換手段の一例)で電気信号(電圧信号)に変換して出力する。
尚、このマイクロホンは、振動板6にエレクトレット層Eを形成したホイルエレクトレットタイプに構成しても良く、取得対象とする音響振動数も人の可聴域を超える低周波域や、超音波域を含むものであっても良い。
〔ケース〕
ケースAは、図1〜図5に示すように、アルミニウムや銅合金等の良導体で成る金属材料の絞り加工により5面の壁体Awが一体化したカプセル状に構成されている。各壁体Awは、ケースAの形状を決める平坦なベース部1と、音孔2が形成された部位を外方に突出させた膨出部3とで構成され、各壁体Awの内面には電気分極状態が維持されるエレクトレット層Eが形成されている。膨出部3はベース部1と平行姿勢であり、複数の膨出部3の突出量は等しく設定されている。
エレクトレット層Eは、ケースAの内面に対しスパッタリング法、蒸着法、あるいは、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法等の技術によってSiO2(シリコン酸化膜)を形成し、このSiO2膜に対してコロナ分極法や電子ビーム分極法によって帯電処理することで形成される。
これ以外に、エレクトレット層Eは、高分子フィルムを用いて形成することも可能である。具体的には、板状の金属材料に対してFEP( Fluoro Ethylene Propylene)等の高分子フィルムを重ね合わせて加熱圧着して高分子フィルムの被膜を形成する。この後に絞り加工によって前述した5面の壁体Awを一体形成し、更に、音孔2と膨出部3とを形成する。この後、ケースAの内面の高分子フィルムに電子ビーム分極或いはコロナ放電による分極を行いケースAの内面にエレクトレット層Eを形成することも可能である。
〔振動板ユニット〕
振動板ユニットBは、ケースAの壁体Awの内面サイズに等しいサイズの絶縁性の樹脂材料で形成された平坦なフレーム5と、このフレーム5に形成した開口5Aに弛みのない緊張状態で張設した導電性の金属箔で成る振動板6とを有している。図5に示す如く、5つの振動板ユニットBは、底部に対応する振動板ユニットBのフレーム5の4辺に対して他の振動板ユニットBのフレーム5を折曲げ自在に連結した構造を有している。
夫々のフレーム5には、振動板6に電気的に導通する配線7がプリント配線の技術により形成されている。この配線7は、底部に対応する振動板ユニットBの周囲の振動板ユニットBでは底部の振動板ユニットBから離間する方向に向けて形成され、フレーム端部のコンタクト端子8に電気的に接続している。また、底部に対応する振動板ユニットBの振動板6に導通する配線7は、この振動板ユニットBに連結する4つの振動板ユニットBの1つのフレーム端部に形成した専用のコンタクト端子8に接続している。
このような構造から、底部の振動板ユニットBを基準として4つの振動板ユニットBを直角姿勢に折り曲げることにより、5つの振動板ユニットBの姿勢がケースAの5つの壁体Awに対応する姿勢に達し、ケースAに収容することが可能となる。
尚、振動板6は必ずしも金属箔で形成する必要はなく、例えば、高分子樹脂材料で成るフィルムの表面に金属材料等の導電膜を真空蒸着等の技術により形成したものであっても良い。
図面には示していないが、本発明のコンデンサマイクロホンにおいて、前述したホイルエレクトレットタイプに構成する場合には、前述したプラズマCVD等のプロセスにより振動板6にエレクトレット層Eが形成されることになる。
〔セパレータ〕
セパレータCは、平面視で正方形となる上部壁11と底部壁12とを有すると共に、これらの中間位置の複数の縦壁13を絶縁性の樹脂により一体的に形成した構造を有している。上部壁11には出力チップ27を収容する凹状の収容空間11Aが形成され、底部壁12には下部の振動板ユニットBの振動板6の背部に空間を確保するための凹状の背部空間12Aが形成されている。
このセパレータCは、5つの振動板6の振動が音響的に干渉しないように、5つの振動板6の背部空間を隔絶する機能を有するものであり、夫々には音響振動の伝達は抑制しながら空気の流通を許すように小径の貫通孔14が穿設されている。
セパレータCは、5つの振動板ユニットBに接触することで、5つの振動板ユニットBを対応する壁体Awの方向に押し出し、各振動板ユニットBのフレーム5を壁体Awのベース部1の内面に接触させる機能も有している。
〔出力部〕
出力部Dは、図6及び図7に示すように、ガラスエポキシ等の絶縁性の基板20を備え、上面側(外面側)に2つの出力電極21が形成されると共に、この出力電極21のうちグランド側に電気的に接続する外部グランド電極22が上面側に形成されている。基板20の内面側(底面側)には、前述したコンタクト端子8に接触する5つの入力電極23と、これらの入力電極23を電気的に導通させる共通電極24と、前述した外部グランド電極22とスルーホールTを介して電気的に接続する内部グランド電極25と、電源側(非グランド側)の出力電極21とスルーホールTを介して電気的に接続する中間電極26とが形成されている。
これら出力電極21と、外部グランド電極22と、入力電極23と、共通電極24と、内部グランド電極25と、中間電極26とは銅箔等の良導体が用いられ、これらはプリント配線の技術によって基板20の両面に形成される。
基板20の内面側に出力チップ27(インピーダンス変換手段の一例)を備え、この出力チップ27の3つの端子を前述した共通電極24、内部グランド電極25、中間電極26夫々にハンダ等を用いて電気的に接続している。尚、この基板20にはケースAの内部空間との間で空気の流通を許す小径の貫通孔28が形成されている。
〔組み立て〕
このようにケースAと、振動板ユニットBと、セパレータCと、出力部Dとが構成されることにより、内面にエレクトレット層Eが形成されたケースAの開放部からケースAの内部に5つの振動板ユニットBを挿入し、セパレータCを挿入する。この挿入により振動板ユニットBのフレーム5は、セパレータCとケースAの壁体Awとに挟まれる位置関係となり、振動板ユニットBのフレーム5が壁体Awのベース部1に密接し、振動板6と膨出部3との間にギャップが形成され、この振動板6と膨出部3とでコンデンサ部が構成される。この後、出力チップ27が形成された出力部DをケースAの開放部から嵌め込み、ケースAの開放部をカシメ加工することでマイクロホンの組み立てが完了する。
ケースAの開放部をカシメ加工することにより、ケースAの開放部の端面が基板20の外部グランド電極22に対して圧接することで導通し、基板20の入力電極23がフレーム5のコンタクト端子8に圧接することにより導通する。これにより、ケースAと外部グランド電極22、あるいは、コンタクト端子8と入力電極23等を配線を用いて接続する工程を設けずとも電気系が接続する。
このマイクロホンの電気回路を図8に示している。この電気回路図からも理解できるように5つの振動板6の部位(コンデンサ部)の静電容量の変化を1つの出力チップ27が電気信号に変換して出力電極21から出力できる。
このマイクロホンでは、音響振動がマイクロホンで取得される際には、この音響振動が各振動板6に対して略等しく作用し、各コンデンサ部の静電容量が略等しく変化し、出力チップ27は合成された静電容量の変化を電圧信号に変換する。これにより、極めて広い指向性で音響振動を高感度で取得する性能を得る。
特に、本発明のマイクロホンの異なる実施形態として、1つの出力チップ27を備えた基板20に代えて、5つの振動板6に対応する5つの出力チップ27を備えた基板20を用いても良い。このように5つの振動板6に対して5つの出力チップ27を備えたマイクロホンの電気回路を図9に示している。この場合、5つの振動板6に電気的に接続する各コンタクト端子8から静電容量の変化を電圧信号に変換する5つの出力チップ27を備えるため、各出力チップ27においてゲインを格別に設定することも可能となり、5つの振動板6の感度のバラツキに対応できる。
このように、本発明のマイクロホンは、単一のケースAの開放部から内部に5つの振動板6を有した5つの振動板ユニットBを収容し、この振動板ユニットBで取り囲まれる空間にセパレータCを収容し、更に、ケースAの開放部に出力部Dを収容し、ケースAの開放部の端部を内方に折り曲げる形態でカシメ加工すると云う比較的簡単な組み立てによる製造が可能となる。
また、ケースAに膨出部3を形成することにより、スペーサ等を備えずとも、膨出部3と振動板6との間にギャップを形成してコンデンサ部を構成できるものしている。更に、振動板ユニットBに振動板6に対して配線7を介して導通するコンタクト端子8を形成し、出力部Dを構成する基板20にはコンタクト端子8に接続する入力電極23を形成しておくことで基板20をケースAの開放部に嵌め込みカシメ加工によって固定した場合にはコンタクト端子8と入力電極23とが導通状態に達し組み立てが容易に実現する。
外部からの音響振動は、音孔2からケースAの膨出部3の内部に伝わり、振動板6を振動させる。特に、5つの振動板6が近接する位置に配置されているので、音響振動が伝わった場合には、5つの振動板6を略等しく振動させることになり、出力部Dでは5つのコンデンサ部の静電容量の合成した(併せた)変化を電圧信号として出力することが可能となり高感度に機能させることが可能となる。
また、ケースAの内面又は振動板6にエレクトレット層Eを形成しているので、背極板を備えずに済み、部品点数の低減を実現するだけではなくマイクロホン全体の小型化を実現している。
〔別実施の形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い。
(a)複数の振動板のサイズを異ならせる。
このように振動板のサイズを異ならせることにより、振動板毎の共振振動数を異ならせることになり、広い周波数帯において高い感度を得ることが可能となる。
(b)セパレータを用いずにマイクロホンを構成する。
このようにセパレータを用いない場合には、部品点数を低減でき、コストの低減と軽量化が実現する。
(c)ケースが、直方体のように立方体でなく、角柱に構成する。
このような構造を採用することにより、例えば、棒状のケースの端部にマイクロホンを備えることも可能となる。
(d)振動板の数を3つや4つに設定する。
つまり、直方体等のケースの角の3つの面だけに対応する振動板を備えることや、直方体などのケースのうち、ケースを取り囲む4つの面だけに対応する振動板を備えることでマイクロホンを構成することが可能となる。
(e)振動板が張設されるフレームに導電性の金属を用いる。
実施の形態では樹脂製のフレームに配線を形成していたが、インピーダンス変換手段としての出力チップが1つである場合には、フレームを導電性の金属で形成することで複数の振動板と出力チップとを導通させることが可能となり、特別に配線を形成せずに済む。
本発明は、広い指向性を得るマイクロホンとして利用することができる。
1 ベース部
2 音孔
3 膨出部
5 フレーム
6 振動板
8 コンタクト端子
23 入力電極
27 出力部・インピーダンス変換手段(出力チップ)
A ケース
Aw 壁体
B 振動板ユニット
C セパレータ
D 出力部
E エレクトレット層

Claims (4)

  1. 音孔が穿設されたケースと、このケースの内面に沿って配置した振動板とでコンデンサ部が形成されているコンデンサマイクロホンであって、
    前記ケースが、6面体から1面を取り除いた形状の5面の壁体と、開放部とを有する金属製のカプセル状に構成され、当該壁体のうち互いに直交する姿勢の3つの壁体夫々の内面に沿って前記振動板を配置し、夫々の壁体の内面と、これに対向する前記振動板との少なくとも一方にエレクトレット層を形成することにより複数の前記コンデンサ部を形成し、この複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を併せて電気信号として取り出す出力部を備え
    前記壁体が、前記ケースを形成するベース部と、前記音孔が形成された部位を前記ベース部から外方に突出する膨出部とで構成されると共に、前記振動板が、振動板ユニットのフレームに支持され、このフレームを前記ベース部に接触させることで、前記振動板と前記膨出部とを対向させて前記コンデンサ部が構成され、
    前記出力部が前記開放部を嵌め込み固定される基板で構成されると共に、
    前記開放部から前記ケースの内部に前記振動板ユニットを挿入した状態で、この振動板ユニットの振動板と導通するコンタクト端子が、前記フレームのうち前記開放部に対応する端部に形成され、
    前記開放部に前記基板が嵌め込み固定された状態で前記コンタクト端子に接触する入力電極が前記基板に形成されているコンデンサマイクロホン。
  2. 前記ケースの内部に、5つの振動板の背後側の空間同士を隔絶するセパレータが備えられている請求項記載のコンデンサマイクロホン。
  3. 前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する単一のインピーダンス変換手段を備えている請求項1または2に記載のコンデンサマイクロホン。
  4. 前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を格別に電圧信号に変換して出力するようにコンデンサ部の数と同数のインピーダンス変換手段を備えている請求項1または2に記載のコンデンサマイクロホン。
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