JPH0432599B2

JPH0432599B2 -

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Publication number: JPH0432599B2
Application number: JP58078637A
Authority: JP
Priority date: 1983-05-04
Filing date: 1983-05-04
Publication date: 1992-05-29
Also published as: US4596903A; EP0124870A2; JPS59204399A; EP0124870A3

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は特に騒音下における騒音を拾いにく
く、ハウリングを起しにくく、良好な音質で固体
伝導音声信号をピツクアツプする振動ピツクアツ
プマイクロホンに関する。片持ちばり状に固定した圧電素子により骨伝導
音声信号音をピツクアツプする振動ピツクアツプ
マイクロホンが知られている。たとえば、特公昭
53−39763号公報に記載の通話装置がある。この
通話装置におけるマイクロホンを耳孔内に装着し
て発声する場合、90dB(A)以上の騒音下では騒音
を同時にピツクアツプするため音声信号を明瞭に
弁別することができず、またこのマイクロホンを
拡声装置に接続して使用するとハウリングを生じ
易かつた。この原因は音声周波数帯域内に感度の
高い数次の共振周波数があり、その共振周波数の
近傍の騒音を拾い易いためである。この欠点を改良するために、従来、共振周波数
より低い周波数にカツトオフ周波数を有するロー
パスフイルタを使用することが知られている。し
かし、この方法では、片持ちばり状に固定した圧
電素子の共振周波数における感度が非常に高いた
め音声周波数帯域内の感度を下げずに共振周波数
における感度のみを下げることは非常に困難であ
つた。本出願人はこの解決方法としてノツチフイルタ
の使用を提案した。この方法は共振周波数のピー
クのみを下げる方法としては有効な方法である
が、個々のマイクロホンの共振周波数が夫々異な
るためノツチフイルタのノツチ周波数を１個１個
の共振周波数と一致させることが困難であり、生
産性に劣る欠点がある。本発明者は前述の欠点を解決するために鋭意研
究を続けた結果、片持ちばり状に固定した圧電素
子を特定の粘度の粘性流体内で振動させ共振周波
数における感度を特定の値に減衰させることによ
り、騒音下においても騒音を拾いにくくハウリン
グを起しにくく、良好な音質で固体伝導音声信号
をピツクアツプする固体伝導音声振動ピツクアツ
プマイクロホンを発明した。すなわち、本発明
は、粘性流体を充填した密閉容器内に、片持ちば
り状に固定した圧電素子を設けてなり、粘性流体
は30〜10000csの粘度であり、共振周波数が1.5K
Hz以上の範囲内における粘性流体中の圧電素子の
共振尖鋭度Ｑが３以下である固体伝導音声振動ピ
ツクアツプマイクロホンである。本発明の固体伝導音声振動ピツクアツプマイク
ロホンは固定部材に片持ちばり状に固定した圧電
素子を密閉容器内に収納し、固定部材を密閉容器
に固着して、この密閉容器内に粘性流体を充填し
たものである。本発明で使用する圧電素子はこれを片持ちばり
状に固定したときの共振周波数を1.5KHz以上に
設定することが必要である。1.5KHz未満では、
音節明瞭度が60％以下に低下して文章了解度が88
％程度以下になり、固体伝導音声振動ピツクアツ
プマイクロホンとしての機能が失なわれるからで
ある。圧電素子としては、チタン酸バリウム、ジ
ルコン酸鉛等の通常使用されている圧電効果を有
するものが使用でき、特にバイモルフ型が好適で
ある。圧電素子をそのまま片持ちばり状に固定し
て使用することもできるし、金属、プラスチツ
ク、セラミツクなどの片持ちばりに圧電素子を貼
り付けて使用することもできる。形状は片持ちば
り状に固定できればどのような形状でも使用でき
るが、特に板状、棒状、線状のものが好ましい。
本発明では、圧電素子とは、このような金属、プ
ラスチツク、セラミツクなどに圧電素子を貼り付
けたものも含む。一般に、片持ちばりは長さを長く、厚さを薄く
するほど共振周波数は低い周波数に移動するの
で、長さ、厚さ、形状（長さ方向の厚さ、幅）を
変えることにより所望の周波数特性を有する圧電
素子が得られるが、たとえば金属板の両面に圧電
素子を貼り付けたバイモルフ型圧電素子を使用す
る場合には、はかりの長さが約30mm以下、厚さが
約0.3mm以上のときが好適である。前記の圧電素子を片持ちばり状に固定する固定
部材としては、圧電素子を確実に固定するために
硬質の材料が使用できるが、特に電気的に絶縁性
の高いものが好ましく、たとえばプラスチツク、
絶縁物で被覆した金属、セラミツクなどが使用で
きる。なお、固定部材はこれに接触する粘性流体
に侵されない材質が必要である。固定部材に圧電
素子を固定する手段は、固定部の凹部又は穴部に
圧電素子を挿着する方法などがある。固定部材に片持ちばり状に固定した圧電素子を
収容する密閉容器はこれに接触する粘性流体に侵
されないものであれば、金属、プラスチツク、セ
ラミツクなどのどのような材料でも使用すること
ができる。また、一方が開放した容器内に固定部
材を固着して固定部材で開放部を密閉して密閉容
器とすることができる。密閉容器に固定部材を固
着する手段は、圧入、接着、かしめなどいずれで
もよい。密閉容器に粘性流体を充填する際、充填し易
く、かつ粘性流体が洩れないようにするために、
密閉容器の他方に小孔を設け、粘性流体を充填
後、ボール、栓などにより小孔を閉塞する手段が
有効である。圧電素子から引き出したリード線部
分から粘性流体が洩れるのを完全に防ぐために、
その部分をプラスチツクで充填又は被覆すること
が好ましい。また、密閉容器は使用状態に則して
カバーを装着することができる。本発明者は種々検討した結果、片持ちばり状に
固定した圧電素子を粘性流体中で使用すると、前
記の欠点であるハウリングの起り易さ、騒音の拾
い易さが改良され、騒音下における音声の弁別が
よくできることを発見した。各種の粘度の粘性流
体を使用した場合、粘度が高くなればなるほど共
振周波数の共振尖鋭度_p／Δ（ここで、_pは共振
周波数、Δfはf_pにおける感度より3dB低い感度に
おける周波数幅、以下「Ｑ」という）が低下し、
この結果、マイクロホンの性能が改良されること
を発見した。たとえば、粘性流体を使用しないと
きの共振周波数が4.3KHzである片持ちばり式の
マイクロホンに10〜10000csの各種の粘性流体を
使用すると第５図から明らかなようにＱは29から
0.3まで低下した。同図において、周波数特性１
は粘性流体を使用しないときのものでＱは29，周
波数特性２，３，４，５，６はそれぞれ粘度10，
100，500，1000，10000csを有するシリコン油を
使用したときのもので、Ｑはそれぞれ8.0，3.2，
1.2，0.7，0.3である。本発明者は実験を重ねた結
果、特にＱを３以下になるように30〜10000csの
粘度を有する粘性流体を選択使用したときに、
100ホン(A)の騒音下でも音声を明確に弁別できる
固体伝導音声振動ピツクアツプマイクロホンが得
られることを発明したのである。本発明は30〜10000csの粘度を有する粘性流体
を使用し、粘性流体中の圧電素子のＱを３以下と
することを特徴とする。片持ちばり状に固定した圧電素子のＱは圧電素
子のはりの長さ、厚さなどにより変化するが、本
発明者の実験では、共振周波数を1.5KHz以上に
設定した片持ちばり状に固定した圧電素子のＱは
第６図に示すようにいずれも３より非常に大きい
（同図に、比較のためＱが３である周波数特性を
点線で示す）。圧電素子を密閉容器内に固定し、
粘性流体を充填しＱを低下させても、Ｑが３を超
えるとなお騒音下で共振周波数の近傍の騒音を拾
い、ハウリング、音質に不満足な性能を有するこ
とが判明した。したがつて、本発明の目的を達成
するには、片持ちばり状に固定した圧電素子のＱ
は３以下でなければならないのである。圧電素子を密閉容器に片持ちばり状に固定した
共振周波数が1.5KHz以上になるように設定した
各種類のマイクロホンを用意し、種々の粘度の粘
性流体を密閉容器内に充填したときのＱは広範囲
の値を示したが、Ｑが３以下の領域と３を超える
領域に分類して示すと第７図のとおりである。同
図から明らかなように1.5KHzの限界にある共振
周波数を有する片持ちばり状に固定した圧電素子
のＱを３以下にするためには、少くとも粘性流体
の粘度は30cs以上であることが必要であり、粘性
流体の粘度をこれより高くすればするほどＱは小
さくなつて好適である。しかし、粘性流体の粘度
が10000csを超えると密閉容器への充填がむずか
しくなり、気泡が発生して周波数特性にばらつき
を生ずる。したがつて、粘性流体の粘度は30〜
10000csの範囲が最適である。粘性流体は、塩素化パラフイン、高分子可塑
剤、界面活性剤、グリコール類、シリコン油やモ
ータ油などの鉱油類、炭化水素などの有機溶剤、
ウレタンやエポキシ樹脂などのプレポリマーなど
を使用できるが、密閉容器、その他の粘性流体に
触れる一切のものを侵さず揮発性、毒性、臭気が
少なく、かつ温度による粘性変化の少ないものが
中でも好適である。これらの粘性流体を密閉容器に充填し、固体伝
導音声振動ピツクアツプマイクロホンが完成され
る。密閉容器内に片持ちばり状に固定された圧電素
子はその振動するはりの部分のみを粘性流体に浸
した状態でもよいし、固定部材およびそれに片持
ちばり状に固定された圧電素子全体を粘性流体に
浸した状態でもよい。この固体伝導音声振動ピツクアツプマイクロホ
ンは圧電素子から引き出されたリード線に増幅器
などを接続して通常のマイクロホンと同様に使用
することができる。本発明の固体伝導音声振動ピツクアツプマイク
ロホンは耳孔内および人体の一部に装着して音声
の骨伝導音をピツクアツプするマイクロホンとし
て使用することもできるし、人間が身につけた着
装品につけて間接的に音声の骨伝導音をピツクア
ツプすることもできる。また、机や壁面に伝わつ
た音声振動をピツクアツプするために、それらに
貼り付けて使用することもできる。次に、本発明の実施態様を図面において説明す
る。本発明はこれに限定されるものではない。第１図のマイクロホンは次の構造である。端部
に円形の小孔１を設けた断面円形の部分２と、開
口端３を有する断面円形の部分４とよりなる真ち
ゆう製の容器５の内部に、圧電素子６を片持ちば
り状に固定した固定部材７を部分４に水密的に固
着し、圧電素子６を部分２内に収容してある。粘
性流体８を小孔１より部分２に充填し小孔１に超
鋼のボール９を挿入し、部分２の端部をかしめて
ボール９を保持し部分２を密閉して、容器５を密
閉容器とする。部分４の開口端３を、コード１０を固定した蓋
１１で閉塞し、コード１０のリード線１２，１３
をFET、抵抗（ともに図示せず）を介して圧電
素子６に接続し、リード線１３を部分４にハンダ
付けしてアースしてある。部分４と固定部材７と
の間の水密をよくするために、シリコンなどのシ
ーラント、ポツテイング材料、Ｏリング、パツキ
ングなどを使用してもよい。また、ボール９の代
りにプラスチツク、ゴムなどの栓を使用してもよ
い。第２図〜第４図のマイクロホンは次の構造であ
る。基板１４の長手方向に２つの取付穴１５，１
６を設け、取付穴１５にFET１７を埋め込んで
固着し、基板１４の一方の面に抵抗１８を固着し
てある。凹部１９と凸部２０を同方向に設けた
（第４図）固定部材２１の凹部１９に圧電素子６
の端部６₁を固着し、圧電素子６の長手方向を基
板１４の長手方向にし、凸部２０を取付穴１６に
挿着し、圧電素子６を基板１４の他方の面上に位
置してある。 FET１７の端子２２，２３，２４を基板１４
の一方の面に互いに不連続に設けた導電層２５，
２６，２７にそれぞれ接続し、抵抗１８を導電層
２６，２７に接続させて基板１４に固定してあ
る。導電層２５は小孔２８の側面を介して基板１
４の他方の面に設けた導電層２９に接続し、導電
層２７は透孔３０の側面を介して他方の面に設け
た導電層３１に接続し、圧電素子６の端部６₁の
両面にそれぞれ固着したリード板３２，３３を導
電層３１，２７にそれぞれ接続してある。真ちゆう製のキヤツプ３４に固定したコード３
５のシールド３６をキヤツプ３４の内面にハンダ
付けしてアースし、他のシールド３７およびリー
ド線３８をそれぞれ基板１４の導電層２６，２９
に接続してある。キヤツプ３４内にエポキシ樹脂
などの充填材（図示せず）を充填してキヤツプ３
４内を水密構造となす。横断面がほぼ長方形で平地部３９を有し、一端
に円形の小孔４０を設け、他端に開口端４１を設
けた真ちゆう製の容器４２に、圧電素子６の振動
方向が平地部３９とほぼ垂直となるように基板１
４を開口端４１より挿入し、基板１４の側面を容
器４２の内面に圧接させ、さらにキヤツプ３４を
開口端４１に挿入し開口端４１をかしめてキヤツ
プ３４を固定し、開口端４１とキヤツプ３４の一
部をハンダ付けして導電的に接続し、開口端４１
とキヤツプ３４との隙間を接着剤などで水密構造
とする。粘性流体８を小孔４０より容器４２内に充填
し、小孔４０に超鋼のボール９を挿入し、容器４
２の端部をかしめてボール９を保持し容器４２を
密閉して密閉容器とする。ボール９の代りに、プラスチツク、ゴムなどの
栓を使用してもよい。次に、本発明の実施例を示す。実施例１〜実施例24は各種の圧電素子と各種の
粘性流体を使用した、第１図に示した構造のマイ
クロホンである。実施例１厚さ0.6mm、幅1.5mmのバイモルフ圧電素子６
（富士セラミツクス(株)製）をはりの長さ８mmにし
て固定部材７に固定し、内径２mmの部分２内に装
着し、この中に粘度100csのシリコン油（信越化
学工業(株)製、KF−96）を充填した。この場合の
Ｑは2.5であつた。実施例２〜実施例24では、圧電素子は実施例１
の富士セラミツクス(株)製を、シリコン油は信越化
学工業(株)製のKF−96シリーズを、界面活性剤は
エマルゲン810（花王(株)製）を使用した。

【表】

【表】実施例25〜実施例44は各種の圧電素子と各種の
粘性流体を使用した、第２図〜第４図に示した構
造のマイクロホンである。実施例 25 厚さ0.6mm、幅1.5mmのバイモルフ圧電素子６
（富士セラミツクス(株)製）をはりの長さ12mmにし
て固定部材２１に固定して、幅方向の内寸が６
mm、厚さ方向の内寸が３mmの容器４２内に装着
し、この中に粘度50csのシリコン油（信越化学工
業(株)製、KF−96）を充填した。この場合のＱは
2.2であつた。実施例26〜実施例44では、圧電素子は実施例25
の富士セラミツクス(株)製を、シリコン油は信越化
学工業(株)製のKF−96シリーズを使用した。

【表】次に、比較例を示す。比較例１実施例１と同じ構造のマイクロホンに、粘性流
体を使用しないでそのまま使用した。この場合の
Ｑは32であつた。比較例２実施例１と同じ構造のマイクロホンに、粘度
10csのシリコン油（信越化学工業(株)製、KF−96）
を充填した。この場合のＱは７であつた。比較例３実施例１と同じ構造のマイクロホンに、粘度
12500csのシリコン油（信越化学工業(株)製、KF−
96H）を充填したが、高粘度のため完全に充填で
きなかつた。比較例４実施例25と同じ構造のマイクロホンに、粘性流
体を使用しないで、そのまま使用した。この場合
のＱは30であつた。比較例５実施例25と同じ構造のマイクロホンに、粘度
10csのシリコン油（比較例２と同じ）を充填し
た。この場合のＱは５であつた。比較例６実施例25と同じ構造のマイクロホンに、粘度
12500csのシリコン油（比較例３と同じ）を充填
したが、高粘度のために完全に充填できなかつ
た。実施例１〜24および比較例１，２のマイクロホ
ンを耳孔内に装着し、実施例25〜40および比較例
４，５のマイクロホンを鼻骨に密着させ、いずれ
のマイクロホンもトランシーバに接続し、100ホ
ン(A)の騒音場で交互通話を行ない、通話内容の弁
別の程度を測定した。その結果を次表に示す。

【表】

【表】以上の試験結果から明らかなように、本発明の
固体伝導音声振動ピツクアツプマイクロホンは高
騒音下で良好に音声を弁別できる極めて有効なも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の異なる構造のマ
イクロホンの縦断面図、第３図および第４図はそ
れぞれ第２図の３−３線の断面図および４−４線
の拡大断面図、第５図は粘性流体を使用しない時
の周波特性および各種の粘度の粘性流体を充填し
たときのマイクロホンの周波数特性を示したも
の、第６図は粘性流体を使用しないときのマイク
ロホンの周波数特性およびＱが３である周波数特
性を示したもの、第７図は共振周波数と粘度とＱ
との相関関係を示したものである。１……小孔、２，４……部分、５……容器、６
……圧電素子、８……粘性流体、９……ボール、
１３……基板、３４……キヤツプ、４０……小
孔、４２……容器。

Claims

【特許請求の範囲】

１粘性流体を充填した密閉容器内に、片持ちば
り状に固定した圧電素子を設けてなり、前記粘性
流体は30〜10000csの粘度であり、共振周波数が
1.5KHz以上の範囲内における前記粘性流体中の
前記圧電素子の共振尖鋭度Ｑが３以下である固体
伝導音声振動ピツクアツプマイクロホン。