JPH01197000A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「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、詳しくは
指向性を有するものにおける振動雑音の防止に関する。

「従来の技術」 マイクロホン本体が機械的に振動することにより、いわ
ゆる振動雑音が発生する。この振動雑音の発生は指向性
で著しく異なり、両指向性、単一指向性では、全指向性
に比へ中・低域周波数で極めて大きな振動雑音が発生す
る特性がある。

第７図はこのような機械的振動に対するマイクロホン感
度が指向性の違いによりどのように異なるかを全指向性
のものを基準にして示したものである。

同図において、ａは全指向性、ｂは両指向性、Ｃは単一
指向性、ｄは全指向性よりの単一指向性の振動感度を示
している。また、ｆＬはマイクロホンの平面波音場感度
が平坦特性をもつ中域周波数の感度から３ｄＢ低下する
低域限界周波数であり、ｅは振動板前後の音波導入口間
の実効距離である。

この第７図から明らかなように、指向性マイクロホンの
中域周波数での振動感度は、両指向性で最も高い、低域
周波数ｆＬが１００Ｈｚの場合には５０Ｈｚにおける扇
動感度は全指向性に比べ両指向性で３１　ｄ　Ｂ、　　
単一指向性で２５ｄＢと極めて高い感度をもつ。

この低域での振動感度は低域限界周波数ｆＬと反比例の
関係にあり、低域限界周波数ｆＬが低いほど高くなる。

また、加振力が一定ならば、マイクロホン本体が軽いほ
ど本体の振動が大きいので、発生する雑音も大きい。

したがって指向性マイクロホンの振動雑音の防止は、周
波数帯域の低域限界及び本体の重量と関連し、マイクロ
ホンの二次的な性能を左右する重要な問題のひとつとさ
れている。

そこで、従来このような振動雑音を防止することが行な
われている０例えば、ダイナミックマイクロホンでは、
機械的な防振と電気的な相殺法とがとられてきているが
、コンデンサマイクロホンでは、機械的な防振のみがと
られている。

機械的に防振するために、例えばマイクロホン本体ある
いはマイクロホンユニット（カプセル部）をゴムなどの
粘弾性体で支持し、機械的に絶縁する方法がとられてい
る。

このような機構の防振効果は、一般に第８図に示すよう
な特性をもつ。同図において、横軸である周波数軸は、
防振機構の低域共振角周波数ω０で基準化して示したも
のである。

また同図において、ａは共振鋭度ＱＯが２、ｂは共振鋭
度ＱＯが１．　　ｃは共振鋭度ＱＯが１／、／’丁の特
性を示している。

この第８図からも明かなように防振効果は交差点周波数
ｆｃ以上で期待できるものであり、そしてこの交差点周
波数ｆｃ以上の周波数領域では、共振鋭度ＱＯが高いほ
ど防振効果は大きい、しかし、交差点周波数ｆｃ以下の
周波数では防振効果が全く期待できない上、共振鋭度Ｑ
Ｏが高いと、低域共振周波数ｆＯ付近の周波数で振動を
より助長することになる。

したがって共振鋭度ＱＯの値には適値があるが、いずれ
にしても、なるべく低い周波数まで防振するには交差点
周波数ｆｃを低い周波数に設定する必要がある。

しかし、交差点周波数ｆｃの設定値が低すぎると、支持
がふらふらの状態となり、実用面で問題を生ずる場合が
多い。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、従来、交差点周波数ｆｃを実用上の適値に設
定し、防振しきれない低域周波数での雑音をバイパスフ
ィルタを用いて電気的に除去することも考えられている
が、雑音とともに本来の信号成分も除去され、結果的に
信号の低域限界を制限することとなるので好ましくない
。

なお、ダイナミックマイクロホンにおいては、このよう
な機械的な防振機構で防振しきれない低域周波数での雑
音を、電気的な相殺法で相殺して除去することが実用化
されている。しかしこの電気的な相殺法は、コンデンサ
マイクロホンに適用できないものであった。

この発明は、このような点を考慮し、振動雑音を効果的
に低減できるコンデンサマイクロホンを提供することを
目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は、コンデンサマイクロホンユニットと圧電形振
動ピックアップと、コンデンサマイクロホンユニット及
び圧電形振動ピックアップをマイクロホン筺体内で一体
に防振する防振機構例えば粘弾性と、振動ピックアップ
の出力信号の大きさ及び位相をコンデンサマイクロホン
ユニットの出力信号の大きさ及び位相と等しくなるよう
に補正する振幅・位相特性補正回路及びレベル補正回路
と、コンデンサマイクロホンユニット出力信号及びレベ
ル補正回路の出力信号が供給され、その差動出力信号を
出力する差動回路とからなるものである。

「作　用」 上述の構成においては防振機構によりコンデンサマイク
ロホンユニット２に振動が伝わらないようになされてお
り、機械的に振動雑音の低減が図られる。

また、圧電形振動ピックアップ３の出力信号が振幅・位
相特性補正回路１２及びレベル補正回路１３を介される
ことによって、防振機構で防振しきれずコンデンサマイ
クロホンユニット２の出力信号に含まれる振動雑音信号
と同様の信号が得られる。

したがって、差動回路９ではコンデンサマイクロホンユ
ニット２の出力信号に含まれる信号雑音信号が相殺され
て除去されることとなり、電気的に振動雑音の低減が図
られる。

「実　施　例」 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。

第１図は、コンデンサマイクロホンの構造を示すもので
ある。同図においてｌはマイクロホン筐体、２はコンデ
ンサマイクロホンユニット、３は圧電形振動ピックアッ
プである。

振動ピックアップ３を構成する圧電素子４はマイクロホ
ンユニット２に当接するように配され、この揺動ピック
アップ３でマイクロホンユニット２の振動が検出できる
ようになされる。また、５及び６は、夫々防振機構を構
成する粘弾性体であり、粘弾性体６によって振動ピック
アップ３がマイクロホン筺体ｌに支持されるとともに粘
弾性体６によってマイクロホンユニット２がマイクロホ
ン筺体１に支持される。これら粘弾性体５及び６によっ
てマイクロホンユニット２の中・高域周波数での振動が
防振される。

また、第２図は本例のコンデンサマイクロホンの電気回
路の構成を示すものである。

同図において７はマイクロホンユニット２の出力信号Ｓ
Ｍが供給される端子である。この端子７に供給される出
力信号Ｓ旧よインピーダンス変換回路８を介して差動回
路９に供給される。また、ｌＯは圧電素子、したがって
信号ピックアップ３の出力信号ＳＮが供給される端子で
ある。この端子１０に供給される出力信号ＳＮはインピ
ーダンス変換回路１１を介して振幅・位相特性補正回路
１２及びレベル補正回路１３の直列回路に供給され、補
正回路１３の出力信号が差動回路９に供給される。

そして二〇差動回路９より音声信号の出力端子１４が導
出される。この場合、補正回路１２及び１３によって、
°振動ピックアップ３の出力信号ＳＮの大きさ及び位相
がマイクロホンユニット２の出力信号ＳＮの大きさ及び
位相と等しくなるように補正される。

すなわち、振動ピックアップ３では、粘弾性体５及び６
では防振しきれないマイクロホンユニット２の振動が検
出されるので、補正回路１３の出力信号として、マイク
ロホンユニット２の出力信号ＳＭに含まれる振動雑音信
号と同様の信号が得られる。

したがって、差動回路９においてはマイクロホンユニッ
ト２の出力信号ＳＭに含まれる振動雑音信号が相殺され
て除去され、出力端子１４には振動雑音信号のほぼ完全
に除去された音声信号が得られる。

次に、上述した機械的防振と、電気的相殺と効果的に実
施するための条件について述べる。

第１図において、マイクロホンユニット２の質量をｍｌ
、振動ピックアップ３の質量をｍｌ、圧電素子４のスチ
フネスを８３、粘弾性体５のスチフネス及び機械抵抗を
夫々Ｓ１及びｒｌ、粘弾性体６のスチフネス及び機械抵
抗を、夫々Ｓ２及びｒｌとすると、機械振動系の等価回
路は、第３図で表わされる。

ここで、ｖＯはマイクロホン筺体ｌの振動速度、ｖｌは
マイクロホンユニット２の振動速度、■３は振動ピック
アップ３の発電に寄与する振動速度である。

また、マイクロホンユニット２が振動する場合のマイク
ロホン機械振動系の基本的な等価回路は、第４図で表わ
される。

ここで、’Ｖｌはマイクロホンユニット２の振動速度あ
り、ｍＯは発電に寄与する起振力源となる等価質量、Ｓ
Ｏは振動膜の等価スチフネス、ｒＯは高域共振を制動す
るための等価抵抗、ｓｂ及びｒｂは夫々指向性を付与す
るための等価スチフネス及び等価抵抗である また、第４図において、ｖ２はマイクロホンユニット２
の発電に寄与する撮動速度を与える。

［１］マイクロホンの振動感度 第３図及び第４図の等価回路より、マイクロホン筺体ｌ
を加振したときのマイクロホンユニ・ント２の出力電圧
の表示式を求め、これより加振加速度ＩＧ当りの中・低
域周波数における振動感度Ｅ１／Ｇを求めると、マイク
ロホンの主軸に対する振動方向をθとして、次の（１）
式で表わされる。

：ＡＩＣθＳθ・に・ｋ　・・・・・・・・・・・・・
（７）ここで、ＡＩは、機械・電気変換係数をＫｌとし
て、　（２）式で表わされる。

また、　（２）式のＳは第４図の等価回路定数で表わす
と、次の（３）、　　（４）式で与えられる。

５＝（ｒｏす）”６）’Ｂ　ｆ　５ｏ（１−Ｂルー・−
−＝・　（３ンｊ’　＝　）′＃ｔ　Ｂｆ　（Ｓａ　ｆ
　５ｂ）　（１−８）−・・・・・・・・’４）（３）
式は、Ｂの値が０．２≦Ｂ≦ｌの指向性に、また（４）
式は、Ｂの値が０≦Ｂ≦０．　２の指向性に適用するの
が実際的である。

上述の式において、Ｂは指向性で決まる係数で、０〜ｌ
までの値をとり、全指向性で０、単一指向性（カージオ
イド）で１７２、両指向性で１である。ｄは振動膜前後
の音波導入口間の実効距離であり、Ｃは音速である。

ωＬは平面既音場感度（音波に対する感度）が平坦特性
となる中域周波数での感度から３ｄＢに低下する低域限
界角周波数であり、次の（５）式で表わされる。

ｕ）ｔ　＝−Ａ−８・・・・・・・・・・・・（５）ｅ
ｔ この（５）式より、指向性が全指向性ではＢ＝０であ３
からωＬ＝Ｏとなる。

また、　（１）式のＹｌｌにおいて、ω０は防振機構の
低域共振内房波数であり、ＱＯは共振の鋭さを与え、夫
々次の（８）、　　（７）式で表わされる。

Ｑｏ＝　　５ニニゑ−−・・・・・・・・・・・・・・
・（７）ｕ）（、（ｒｌｆｒｘ） 上述した（１）式においてＡＩは角周波数ωがω＜　４
．）　Ｌである低域周波数での振動感度を表わしており
、指向性によって著しく異なる値をとる。また、Ｙｌｌ
は振動感度の指向性による周波数特性の違いを表わして
いる。

第７図は、θ；０″のＩＡＩ−Ｙｌｌｌを、全指向性の
感度で基準化して示したものである。また、Ｙｌｌは防
振特性を表わし、ＩＹ１２１を示したものが第８図であ
る。これらの特性については、従来の技術の項で説明し
た通りである。

［２］振動ピツクアツプの振動感度 また、第４図の等価回路より、マイクロホン筺体１を加
振したときの振動ピックアップ３の出力電圧の表示式を
求めこれより加振加速度ＩＧ当りの中・低域周波数にお
ける振動感度Ｅ　２／　Ｇを求めると、マイクロホンの
主軸に対する振動方向をθとして次の（８）式で表わさ
れる。

＝Ａｚ　Ｃｏｓθ・Ｙｚｚ　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（８）この（８）式におい
て、Ａ２は機械φ電気変換係数をに２として、 で表わされ、Ｑｌは、 に２ｔｍ−”−・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・　（１０）ωＯｒ１ で表わされる。

（８）式において、Ａ２は振動ピックアップ３の振動感
度であり、ｍｌ、　　ｍ２と８３とで形成される高域共
振周波数以下の中・低域周波数においては（９）式で表
わされ、振動加速度に比例した一定値の振動感度を持つ
。

また、Ｙ２２は（１）式のＹｌｌに対応するもので、振
動ピックアップ３の防振特性を表わしている。

［３］防振及び電気的相殺の諸条件 （ａ）防掘特性上の条件 電気的相殺を効果的に行なうためには、まず、マイクロ
ホンユニット２と振動ピックアップ３との夫々の防振特
性を等しくする必要がある。　（１）式のＹＩ２と（８
）式のＹ２２とを比べると、これらは明らかに異なって
いる。そこで、ＱＯ＝Ｑ１とすると、　（７）、　　（
１０）式より次の（１１）式の関係が導かれる。

ｒ２／ｒｌ＝ｓ２／ｓｌ　　　　・　拳　拳　　（１１
）この（１１）式の条件を満たすことにより、Ｙ２２は
Ｙ１２と同型となる。また、　（１１）式は次の（１２
）式のように変形される。

ｒ２／５２＝ｒｌ／ｓｌ　　中中・（１２）この（１２
）式は、第１図に示される粘弾性体５及び６の夫々の共
振鋭度Ｑを等しくすることを意味する。

すなわち、マイクロホンユニット２と扇動ピックアップ
３の防振特性を中・低域周波数において同一にするため
の必要充分条件は、粘弾性体５及び°６の夫々の共振鋭
度Ｑを同一値に設定することである。

したがって、第１図に示した構造において、粘弾性体５
及び６イ九Ｙ゛°札の共振鋭度Ｑは同一値となるように
される。

（ｂ）電気的相殺の条件 ８式は、上記（１１）式の条件を満たすことにより、次
の（１３）式で表わされる。

”　Ａｚ　ｃｏｓθ・Ｙｔｚ　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・　（Ｉ３）まず、指向性が全指向性
の場合には、　（１）式のＹｌｌは】となり、　（１）
式は、　（１３）式と同型となる。したがって、全指向
性の場合には、ＡＩ、　Ａ２の感度の違い、つまりレベ
ルを補正し、両信号を逆極性で加え合わせることにより
相殺が可能であ、る。

しかし、一般に、単一指向性、両指向性等の指向性を持
つ場合は、振動ピックアップ３の出力をＹｌｌなる伝達
間数をもつ電気回路を通して、補正する必要がある。

Ｙｌｌの特性は第５図に示す電気回路で容易に実現でき
る。

第５図より、ＥＯ／Ｅｉを求めると、　（Ｉ４）式％式
％ この（１４）式をＹｌｌと同型とするための条件は、 で与えられ、　（１５）、　　（１６）式の条件を満た
すことにより、　（１４）式はＹｌｌと同型となる。

つまり、　（１５）、　　（１Ｂ）式の条件が、電気的
相殺の必要充分条件となる。

したがって、第２図に示した電気回路において、補正回
路１２としては、　（１５）、　　（１６）式の条件を
満たす、第５図に示すような電気回路が用いられると共
に、Ａ１．　　Ａ２の感度の違いは、補正回路１３で補
正される。

これにより、上述したように、作動回路９で、中・低域
周波数の撮動雑音信号が極めて効果的に相殺除去される
。

なお、こうした電気的な相殺を行なう場合、相殺に伴う
回路雑音の増加を最小限に止める必要がある。雑音の増
加を少なくする条件としては（１）式のＡＩ及び（８）
式のＡ２を Ａ２　　＞　　ＡＩ なる条件に設定するのが望ましい。その理由は、Ａ２＜
Ａｔであると、振動ピックアップ３側の出力信号を増幅
する方向でレベル補正することになり、この増幅に伴う
回路雑音が問題となるからである。

いずれにしても振動ピックアップ３の振動感度は、でき
るだけ高いことが有利である。

このために、Ａ２については高感度の圧電素子を用いる
ことは勿論であるが、　（９）式から明らかな−ように
、ｍ　２／　ｍｌ、　　ｓ　２／　ｓ　１の設定条件に
依存し、設定条件如何では感度低下をきたす、この感度
低下を少なくするためには、 の条件とするのが望ましい。この条件は、支持機構の重
量バランスに関係するので、実際の構造上の制約も有り
得る。

このように、本例のコンデンサマイクロホンによれば、
粘弾性体５，６により、マイクロホンユニット２の機械
的な防振が図られると共にそれによって、防振しきれず
、マイクロホンユニット２の出力信号に含まれる振動雑
音信号は電気的に相殺除去されるので、振動雑音を効果
的に低減することができる。また、本例のような電気的
相殺法を行なうものによれば、両指向性、単一指向性な
どの指向性コンデンサマイクロホンに適用する場合には
、第２図の補正回路１２がｆＬ以上の周波数で高域減衰
特性となる。

したがって、撮動ピックアップのインピーダンス変換回
路１１により生ずる雑音の中Φ高域周波数成分は、補正
回路１２を通すことにより著しく減衰し、作動回路９の
出力での雑音増加は充分小さいものとなる利点がある。

第６図は、本発明を単一指向性コンデンサマイクロホン
に適用し、その防止効果を実測した結果を示している。

その測定には正弦波を用い、マイクロホンを振動加振器
によりθ＝０°の最大感度方向に振動加速度を一定に制
御して加振し、その出力をレベルレコーダで記録したも
のである。

同図において、実線ａは機械的防振、電気的相殺のどち
らもしない場合、−点鎖線すは機械的防振のみを示した
場合、破線Ｃは機械的防振、電気的相殺の双方ともした
場合を示している。

図の樅軸には防振相殺を行なわない場合に平坦特性なる
低域周波数での出力レベルで基準化した相対レベルを示
している。

防振機構の低域共振周波数ｆＯは、３．０Ｈｚであるが
、防振相殺を併用することにより、ＩＫＨｚ以下の周波
数で３０ｄＢ以上の防止効果が得られている。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明は、機械的な防振機構で
防振しきれない振動雑音を電気的に相殺除去するもので
あるので、マイクロホンの音波に対する特性に全く影響
を与えずに、振動雑音のみを効果的に低減できる。

また、電気的に相殺除去するものであるので、マイクロ
ホン本体の重量が軽くても振動雑音の軽減ができ、マイ
クロホン本体の重量を軽減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構造を示す図、第２図は
この発明の一実施例の電気回路を示す図、第３図〜第６
図はその説明のための図、第７図及び第８図は従来例の
説明のための図である。 １拳φ−マイクロホン筐体 ２・Φやコンデンサマイクロホンユニット３・・・圧電
形振動ピックアップ ４・・・圧電素子 ５．６・・・粘弾性体 ８．１１・・Φインピーダンス変換回路９・・・差動回
路 １２・・・据輻・位相特性補正回路 １３・・・レベル補正回路 特許出願人　　ア　イ　ワ株式会社 第１図 第２図 １！九＠１語ぬ填版 第３図 ）！、１四ｆ１め粘垢−１檎の瀉昧め岐物糸の船１匝３
も第４図 第５図 Ｒ＋ 判御＄・位相特荏積゛正回〉ト 第６図 坊厭・相殺／）効果（諷ア１僑） 第７図 Ｓ勅墨曳の勧蛸島主１；工拐番い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コンデンサマイクロホンユニットと、 圧電形振動ピックアップと、 上記コンデンサマイクロホンユニット及び圧電形振動ピ
   ックアップをマイクロホン筺体内で一体に防振する防振
   機構と、 上記振動ピックアップの出力信号の大きさ及び位相を上
   記コンデンサマイクロホンユニットの出力信号の大きさ
   及び位相と等しくなるように補正する振幅・位相特性補
   正回路及びレベル補正回路と、 上記コンデンサマイクロホンユニットの出力信号及び上
   記レベル補正回路の出力信号が供給され、その差動出力
   信号を出力する差動回路とからなることを特徴とするコ
   ンデンサマイクロホン。