JPH07307990A - 単一ダイアフラム２次差分マイクロホン組立体 - Google Patents

単一ダイアフラム２次差分マイクロホン組立体

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JPH07307990A
JPH07307990A JP7120419A JP12041995A JPH07307990A JP H07307990 A JPH07307990 A JP H07307990A JP 7120419 A JP7120419 A JP 7120419A JP 12041995 A JP12041995 A JP 12041995A JP H07307990 A JPH07307990 A JP H07307990A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ハウジング５内に１次差分マイクロホン１１
を取り付け、マイクロホン・ダイアフラムの前後に隣接
して前部空洞６．１と後部空洞６．２を形成する。２個
の前部導管８、８'が２個のポート１、４から前部空洞
へ、同様に、２個の後部導管９、９'が２個の後部ポー
ト２、３から後部空洞へ、それぞれ音響エネルギを伝達
する。導管はすべて、それぞれのポートからダイアフラ
ムへの等価の音響伝達関数を有する。４個のポートは、
一つの直線の軸に沿って、２個の後部ポートが前部ポー
トの間にはさまれるように並べられる。各前部ポートと
それぞれに隣接する後部ポートのと間の距離は等しくす
る。 【効果】 従来の１次差分マイクロホンを利用して、大
量生産が容易な２次差分マイクロホン組立体を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、単一ダイアフラムを
有する１次差分マイクロホンを利用した２次差分マイク
ロホン組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】２次差分（ＳＯＤ:second order differ
ential）マイクロホンは、古くから知られているよう
に、１次差分（ＦＯＤ:first order differential）マ
イクロホンまたは０次差分（圧力）マイクロホンに比べ
てノイズキャンセル特性に優れている。かつては、２個
のＦＯＤマイクロホンの出力を組み合わせることによ
り、または、３個または４個の圧力マイクロホンの出力
を組み合わせることにより、１個のＳＯＤを作ることが
考えられた。このような方法では、振幅および位相の応
答が非常によく一致する複数のマイクロホンを使用する
必要がある。
【０００３】エレクトレット・マイクロホンが開発され
るまでは、典型的な携帯マイクロホンは、振幅と位相の
応答性において必要な一致度が得られなかった。そのた
め、当時の技術でまともに動作するＳＯＤマイクロホン
を作るためには、一つのＦＯＤマイクロホンを四つの部
分に分割し、各部分がそのマイクロホンの一つのダイア
フラムに対して等価に連絡するように配置する必要があ
った。単一ダイアフラムのＳＯＤマイクロホンは、たと
えば、容器の内部に取り付けられた可動コイルまたはピ
エゾ電気変換器を用いて設計・製作された。その容器に
はその音場を空間的にサンプル抽出する音響ポートが設
けられる。
【０００４】これについては、たとえば、A.J.Brouns,"
Second-Order Gradient Noise-Cancelling Microphon
e,"IEEE International Conference on Acoustics, Spe
ech, and Signal Processing CH160-5/81 (May 1981) 7
86-789 およびW.A.Beaverson and A.M.Wiggins,"A Seco
nd-Order Gradient Noise Canceling Microphone Using
a Single Diaphragm,"J.Acoust.Soc.Am.22(1950)592-60
1 に記載されている。
【０００５】実際には、たとえば、各ポートへのダイア
フラムの音響的応答が同じになるように、ポートを、一
つの正方形の四個の角の位置に対称に配置した。これら
の単一ダイアフラムＳＯＤマイクロホンは、その音響圧
力（音圧）場の２軸２次微分（d2／dxdy）に比例する出
力信号を生成した。
【０００６】その後に実施した例としては、G.M.Sessle
r,and J.E.West,"Second order gradient uni-directio
nal microphones utilizing an electret transducer,"
J.Acout.Soc.Amer.58(1975)273-278 に記載されてい
る。そこでは、単一ダイアフラムＳＯＤマイクロホン内
に一つのエレクトレット・マイクロホン・エレメントが
採用されている。
【０００７】具体的には、一つのエレクトレット・マイ
クロホンを用いて単一指向性ＳＯＤマイクロホンが試作
され、このエレクトレット・マイクロホンの中に、一つ
の軸に沿って複数のとびとびの点における音場をサンプ
ル抽出するための複数の管が挿入された。ここで、「単
一指向性」とは、そのマイクロホンの遠場の感度パタン
が特定の方向で明確にピークをもつという意味である。
エレクトレット・マイクロホンの前部および後部の空洞
の管の長さおよび位置は、望ましい単一指向性の遠場応
答を生成するように選択された。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】望ましい２次挙動を達
成するために、空洞および感知管のヘルムホルツ共鳴を
正確に同調（チューニング）する必要があった。この同
調操作に多くの労力がかかることから、このＳＯＤマイ
クロホンは大量生産に向かないとされていた。
【０００９】本発明者らは次のようなことを見いだし
た。すなわち、ＳＯＤマイクロホンを、音圧場の２軸微
分の代わりに１軸２次微分（d2／dx2）に比例する出力
信号を生成するように構成すれば、話し手の音声の感度
を最大にするように話し手の音声場の球面波の性質をう
まく利用することができる。この性質については、出願
中の米国特許出願（出願人C.BartlettおよびM.Zuniga、
出願日1994年４月21日、発明の名称"Noise-Canceling D
ifferential Microphone Assembly"）に説明されてい
る。
【００１０】マイクロホン設計分野の実務者らはこれま
で、大量生産が容易で、しかも音圧場の１軸２次微分
（d2／dx2）に比例する出力を生成する、単一ダイアフ
ラムＳＯＤマイクロホンの製作ができなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、大量生産に適
した単一ダイアフラムのＳＯＤマイクロホンである。こ
のマイクロホンは、エレクトレット・マイクロホン・エ
レメント等の市販のＦＯＤマイクロホンエレメントを、
市販されたマイクロホン・エレメントのケーシングを貫
通する必要もなく簡単に挿入できるハウジングを含む。
このマイクロホンの出力は、（実用的な周波数領域内
で）音圧場の１軸２次微分に比例する。
【００１２】広い意味で、本発明は、ハウジング内に取
り付けられた１次差分マイクロホンを含む。ハウジング
内で、マイクロホン・ダイアフラムの前側に隣接して前
部空洞が定義され、同様にダイアフラムの後側に隣接し
て後部空洞が定義される。２個の前部導管が、第１およ
び第２の前部ポートから前部空洞へ、音響エネルギを伝
達する。同様に、２個の後部導管が、第１および第２の
後部ポートから後部空洞へ、音響エネルギを伝達する。
【００１３】４個の導管はすべて、それぞれのポートか
らダイアフラムへの等価の音響伝達関数を有する。（こ
こに「等価」とは、マイクロホン挙動の実用的予測をす
る目的において、これらの伝達関数が等しいとして取り
扱いうることを意味する。）これらの伝達関数を等価と
するために、４個のポートの断面積は等価とし、前部空
洞と後部空洞の容積は等価とし、４個の導管の長さおよ
び断面積は等価として、しかもそれぞれの導管に対応す
る空洞と、音響的に等価なように連絡する。
【００１４】空洞と導管とポートとの寸法は、マイクロ
ホンと空洞と導管とポートとからなる音響システムが、
３５００Ｈｚより小さな音響共鳴周波数を２種以上もた
ず、しかも３５００Ｈｚより小さなヘルムホルツ共鳴周
波数を一つももたないように決める。さらに、４個のポ
ートは、一つの直線の軸（以下「マイナー軸」とい
う。）にほぼ沿って並べられる。２個の後部ポートが前
部ポートの間にはさまれるように、または逆に、２個の
前部ポートが後部ポートの間にはさまれるように、４個
のポートが並べられる。各前部ポートとそれぞれに隣接
する後部ポートのと間の距離は等しい。
【００１５】
【作用】上記手段によれば、マイクロホン応答は、抽出
される音圧場のマイナー軸に沿う２次空間微分にほぼ比
例する。このことは、約３００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの電
話帯域での応用における実用的周波数領域の音場につい
てあてはまる。
【００１６】
【実施例】本発明の一実施例によれば、図１および図２
に示すように、音響ダクト８、８'、９、９'が、厚板状
のベース部材５の内部に形成されている。ベース部材５
は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フェノー
ル、または硬質ゴム等の音響的に剛性の材料からできて
いる。これらの音響ダクトは中央空洞６に通じている。
中央空洞６の反対側で、各音響ダクトはそれぞれ一つの
ポート１〜４に通じており、各ポートで音響エネルギが
抽出される。ポート１〜４の中心は、一つの直線（以下
「マイナー軸」という）にほぼ沿って並んでいる。
【００１７】ＦＯＤマイクロホン１１は空洞６内に挿入
され、これにより、マイクロホン１１の前面に隣接する
前部空洞部分（前部室）６．１とマイクロホン１１の後
面に隣接する後部空洞部分（後部室）６．２のシールが
形成される。これら空洞部分は互いに、音響的に隔離さ
れている。
【００１８】ここで、「前部」と「後部」の呼び方は便
宜上のものであって、任意にとれる。これらのことば
は、逆に入れ換えても同じであり、ベース部材５の空間
的特性について述べるときに使われる「上面」と「下面
（底面）」、「上方」と「下方」ということばも同様で
ある。
【００１９】このシールを確実にするために、ゴム輪等
の取付エレメント７が有用である。また、エレクトレッ
ト・マイクロホンの使用が望ましい。そのような適当な
マイクロホンは、多数のメーカーから市販されている。
【００２０】図示のように、マイクロホンの後ろ側に通
ずる二つのポート２、３は、マイクロホンの前側に通ず
る二つのポート１、４の間に位置する。（または、その
逆でもよい。）そのマイクロホンをＳＯＤマイクロホン
として機能させるために、ポート１とポート２の間の距
離は、実用的な工作公差の範囲で、ポート３とポート４
の間の距離に等しくとる。
【００２１】各音響ダクトは、断面積および長さを（実
用的な公差の範囲で）それぞれ互いに等しくする。ま
た、各ポートの面積は等しくし、前部室６．１と後部室
６．２の容積を等しくする。音響ダクトの幅とポートの
直径は、ここで必要な音の最大周波数における波長より
もはるかに小さくする。（通常、これらの寸法が波長の
０．１倍よりも小さければ十分である。）たとえば電話
では、通常、最大周波数を３．５ｋＨｚとするが、これ
に対応する波長は約１０ｃｍである。
【００２２】ポート１とポート２の中点と、ポート３と
ポート４の中点との距離を「マイナー直径」と呼ぶ。与
えられたマイナー直径を収容するとともに、やっかいな
共鳴を回避するのに十分なだけ小さな寸法のポート、ダ
クトおよび前部室、後部室とすることが望ましい。たと
えば、そのマイクロホンが電話帯域で動作させるための
ものである場合、これらの寸法は、３５００Ｈｚ以下の
周波数でヘルムホルツ共鳴が起こらないように、そして
３５００Ｈｚ以下の周波数で２種類以上の音響共鳴（ど
のような種類でも）が起こらないように、容易に選択さ
れる。実際に、通常、電話帯域ですべての音響共鳴を排
除することが可能である。
【００２３】この構成の結果、ある音場のポート（開口
部）１、４における圧力Ｐ1、Ｐ4は、音響ダクト８、
８'を通じてマイクロホン１１の前面に導かれる。同様
に、その音場のポート２、３における圧力Ｐ2、Ｐ3は、
音響ダクト９、９'を通じてマイクロホン１１の後面に
導かれる。各ポートからそのマイクロホンのダイアフラ
ムへの音響伝達関数は、少なくとも実用的には、同じで
ある。
【００２４】その結果、マイクロホン１１は、マイクロ
ホンの前面および後面の間の実効圧力差に比例する信号
出力を電気リード線１０に生成する。すなわち、 信号出力＝Ｋ（ω）［（Ｐ1＋Ｐ4）−（Ｐ2＋Ｐ3）］ である。ここに、Ｋ（ω）は周波数に依存する比例定数
である。この周波数へのおもな依存性は、音響ダクト８
および９内の同一の軸方向共鳴によるものであり、その
第１の共鳴は音響ダクトの長さが波長の半分に等しいよ
うな周波数において起きる。
【００２５】信号出力の表現を書き換えると、 Ｋ（ω）［（Ｐ1ーＰ2）−（Ｐ3ーＰ4）］ のように表せる。ここに、（Ｐ1ーＰ2）はポート１とポ
ート２の間の音場の１次差分であり、（Ｐ3ーＰ4）はポ
ート３とポート４の間の音場の１次差分である。したが
って、ＦＯＤマイクロホン１１の信号出力は、音響ポー
ト１、２、３、４の中心を結ぶマイナー軸に沿う音場圧
力の１軸２次差分にほぼ比例する。
【００２６】発明者らは、図２に示すような、ＦＯＤマ
イクロホン用ハウジングの製造容易な原型モデルを作成
した。この実施例では、ベース部材５は、厚さ０．１２
５インチ（３．１７５ｍｍ）のＰＭＭＡ製シート２枚か
らなる。音響ダクト８、８'、９、９'およびＦＯＤマイ
クロホン空洞６の上半分は、上側シート５．１の厚さ方
向全体にカットされる。このカットは、材料を部分的に
排除することによって音響ダクトと空洞部分を形成する
ものであって、たとえばプレスまたは研削による。ま
た、モールディング（型どり）その他の方法でも可能で
ある。同様の方法により、下側シート５．２内に空洞６
の下半分が形成される。
【００２７】上側シート５．１と下側シート５．２とを
合わせたときの厚さは０．２５インチ（６．３５ｍｍ）
であって、これはＦＯＤマイクロホン１１の直径にほぼ
等しい。上表面板１２は、厚さ０．０１０インチ（０．
２５ｍｍ）の黄銅製の板であって、ダクトの上面を音響
的にシールする。音響ポート１〜４は、上表面板１２に
穿設された直径０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の
円形の貫通孔であって、このハウジングが組み立てられ
たときに対応するダクトの端部の位置に合致するように
配置される。
【００２８】下表面板１３は、厚さ０．０１０インチ
（０．２５ｍｍ）の黄銅製の板であって、ダクトの下面
を音響的にシールする。ＦＯＤマイクロホン１１の電気
リード線１０は、上側シート５．１と下側シート５．２
の間の小チャンネル１４を貫通する。音響的漏洩を防ぐ
ために、電気リード線１０のまわりの小チャンネル１４
部分は気密なシール材で満たされているのが望ましい。
【００２９】たとえば発明者らの原型モデルでは、下側
シート５．２内で定義されるマイクロホン空洞６の大き
さは、１０．７３ｍｍ×６．０５ｍｍであった。これに
対応する、上側シート５．１内で定義されるダクトおよ
び空洞の大きさは図３に示す。すべてのダクト幅は３．
０ｍｍであった。図３で、ａ＝１６．０ｍｍ、ｂ＝２
６．０ｍｍ、ｃ＝１３．０ｍｍ、ｄ＝８．０ｍｍ、ｅ＝
１２．０ｍｍ、ｆ＝６．０ｍｍである。
【００３０】この原型モデルは２枚のプラスチックシー
トと２枚の黄銅シートから作った。しかし、全体を分割
する方法はほかにも多数ある。たとえば、ダクトおよび
マイクロホン空洞を、上側シートおよび下側シート（こ
れらは、上述の原型モデルよりは幾分厚くする）を途中
まで部分的に削ることによって形成し、これにより、上
側シートを上表面板と一体化し、下側シートを底表面板
と一体化することもできる。この方法は、たとえば注入
モールディング法により実施できる。ＦＯＤマイクロホ
ン・エレメントは、上側シートと下側シートを組み合わ
せる最後の工程の直前に、その空洞に挿入される。
【００３１】他の実施例として、複数のダクトのうちの
いくつかを下側シート内に形成し、他のダクトを上側シ
ート内に形成するということもできる。
【００３２】図８の実施例では、ポート１〜４は、ベー
ス部材５の上表面（または底表面）に設けられる代わり
に側面に設けられている。この構成では、マイナー軸に
垂直な二つの方向でベース部材５の大きさを比較的小さ
くすることができ、それによってコンパクトな設計とで
きる点で好ましい。
【００３３】この種の設計で今のところ優れていると考
えられるものの例を図９に示す。この設計では、ＰＭＭ
Ａシート１６．１、１６．２が、たとえば、音響的に剛
性の黄銅製薄板１７．１、１７．２、１７．３の間には
さまれている。室６．１、６．２は上側シート１６．１
内に定義される。長方形のダクト８、８'、９、９'それ
ぞれは、上側シート１６．１内で定義されてそれぞれの
室と接続する部分を有し、さらに、下側シート１６．２
内で定義され側面２０に面して長方形のポート１〜４を
形成する部分を有する。各ダクトは、それぞれそのダク
トの下側シートおよび上側シートの部分につなぐ上昇部
分２１を含んでいる。各上昇部２１は、少なくとも部分
的に、板１７．２内の長方形の開口部によって定義され
る。
【００３４】ＰＭＭＡシートの厚さはたとえば１ｍｍで
あり、組立体全体の大きさは、たとえば、長さ４４ｍ
ｍ、幅７ｍｍ、厚さ２．８４４ｍｍである。ＦＯＤマイ
クロホン・エレメント１１の直径は、典型的には、２枚
のＰＭＭＡシートと３枚の黄銅製板を組み合わせた全体
厚さよりも大きい。したがって、マイクロホンはＰＭＭ
Ａシート１６．１の上表面の上に突出する。このような
場合、マイクロホンの上をシールするためにカバー部材
１９が使用される。カバー部材１９は、たとえば黄銅製
の板で、たとえばプレスにより、板１７．１と連続する
ように作られる。
【００３５】他の実施例として、ＦＯＤマイクロホン・
エレメント１１を、板１７．１の上方と板１７．２の下
方に等しい大きさだけ突出するようにして対称的に配置
してもよい。その場合は、板１７．３の下方に突出した
マイクロホンの外側部分をシールするための第２のカバ
ー部材を取り付ければよい。
【００３６】上述のような層構造は、製造上容易という
利点がある。特に、ダクトとポートの特性を一つずつ正
確に合致させるために従来の製造方法が使用できるの
で、再生産性が高い。
【００３７】図４に示すように、マイクロホン１１の電
気出力を電子フィルタ１５で修正して、マイクロホンの
音声応答を、たとえば標準の無指向性マイクロホンの応
答等の望ましい参照応答に、合致させるとよい。
【００３８】図５は、注目する周波数帯域内のダクト共
鳴を有する研究室原型モデルに関連して有用な電子フィ
ルタの伝達関数の例を示す。２〜３ｋＨｚ付近の谷の部
分はこのダクト共鳴を補償する。
【００３９】一方、図６の伝達関数は、ダクト共鳴が、
注目する周波数帯域の外である場合の研究室原型モデル
に関連して有用である。この場合は、ダクト共鳴を補償
するための谷部分は必要ない。
【００４０】図７は、本発明によるＳＯＤマイクロホン
と無指向性マイクロホンとの、周辺遠場ノイズに対する
応答を比較して示す。この図に示された特性は、それぞ
れの型のマイクロホンを電話送受器に組み込んだ場合の
特性である。ＳＯＤマイクロホンのスペクトラル音声応
答を無指向性マイクロホンに等価にするために、ＳＯＤ
マイクロホンは電子フィルタとともに使用した。図から
わかるように、電話帯域のほとんどの部分で、１０ｄＢ
以上の低減が達成される。
【００４１】よく知られているように、電話機への応用
において、話し手の音声の音場は、点音源の放射状に分
散する場としてよく近似できる。図１２には、そのよう
な音源４０を、ポート１〜４の模式的表示とともに示
す。前出の米国特許出願 "Noise-Canceling Differenti
al Microphone Assembly" に記載されているように、こ
の特性は、話し手の音声に対応して伝送されるＳＯＤマ
イクロホンの応答を、周辺ノイズに対する応答に比べて
相対的に高めるのに利用できる。
【００４２】図１２において、音源４０からポート１〜
４の中点に延びる方向にｘ軸をとり、このｘ軸を「メジ
ャー軸」と呼ぶ。また、音源４０と上記中点との距離ａ
を「メジャー半径」と呼ぶ。
【００４３】メジャー軸とマイナー軸とが互いに垂直で
ある場合、マイクロホンの１軸２次差分出力は、話し手
の音場の（マイナー軸に沿う）１次微分にほぼ比例す
る。これに対して、拡散した遠場ノイズに対する応答
は、マイクロホンの特定の向きによらない。したがっ
て、音声応答が話し手の唇からの距離に依存するという
意味においてこのマイクロホンは話し手の音声に対して
ＦＯＤのように応答するが、遠場ノイズに対してはＳＯ
Ｄのように応答する。通常の拡散ノイズ環境において、
音圧場の２次空間微分はその１次空間微分よりも小さい
ので、優れたノイズ低減が達成される。
【００４４】この向きのＳＯＤマイクロホンからの出力
の大きさは、マイナー軸の中点に置かれ、点音源からの
音に対する感度が最大になる向きに向けられた一つのＦ
ＯＤマイクロホンからの出力の大きさと比較できる。理
論的に、これらの大きさのＳＯＤ：ＦＯＤ比は次の式で
与えられる。
【数１】 ここに、ｚ＝ｄ／（２ａ）、ｄは従直径、ｋ＝ω／ｃ、
ωは角周波数、ｃは空気中の音速である。
【００４５】距離ａが、与えられた周波数における波長
の１／(2π)倍よりもはるかに小さい場合、ＳＯＤ出力
が、仮定されたＦＯＤ出力に比べて最大となるのは、周
波数によらず、ほぼｄ＝１．４ａのときである。この設
計式は、マイクロホン組立体と話し手の唇との予想され
る距離に基づいて、そのマイクロホン組立体の幾何学的
構造を最適化するために使用できる。
【００４６】ここで、従直径は、少なくとも部分的に
は、ダクトの長さを決定する。上述の議論から明らかな
ように、典型的な通信分野の応用では、電話帯域内の最
も高周波の部分でさえも、通常はマイナー直径はしばし
ば、波長よりもはるかに小さい。その結果、電話帯域内
ですべての音響共鳴を排除するのに十分な短いダクトを
作ることが通常は可能である。
【００４７】図１０および図１１は、本発明のマイクロ
ホンをセルラ電話送受器に応用した例を示す。図１０に
おいて、マイクロホン３０は、図１のマイクロホンと同
様の設計のものであって、電話機の扉部分３１に組み込
まれている。この扉部分３１には、マイナー軸に垂直な
横方向の寸法を大きくとれるだけのスペースがある。図
１１の例では、マイクロホン３２が電話機のベースに組
み込まれている。この場合は通常、もっとコンパクトな
設計が必要とされる。したがって、マイクロホン３２は
図８および図９のマイクロホンの設計に似ている。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、従来の１次差分マイク
ロホンを利用して、大量生産が容易な２次差分マイクロ
ホン組立体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロホンの一実施例の模式的
斜視図。
【図２】図１に示すマイクロホンのベース部材を製造・
組立しやすい部品に分割して示した例。
【図３】図１および図２に示すマイクロホンの音響ダク
トのパタンの模式図。
【図４】本発明に係るマイクロホンとともに電子フィル
タを使用する様子を示す図。
【図５】図４に示す電子フィルタの応答特性を示すグラ
フ。
【図６】図４に示す電子フィルタの応答特性を示すグラ
フ。
【図７】本発明に係るマイクロホンおよび標準的な無指
向性マイクロホンの周囲ノイズ応答を比較して示すグラ
フ。
【図８】本発明に係るマイクロホンの他の実施例の模式
的斜視図。
【図９】図８に示すマイクロホンの容易に製造できる設
計の例の断面図。
【図１０】図１に示すマイクロホンをセルラ電話機に使
用した例を示す斜視図。
【図１１】図８に示すマイクロホンをセルラ電話機に使
用した例を示す斜視図。
【図１２】本発明に係るマイクロホンの好ましい向きを
場近傍音響信号の実質点源の相対位置で模式的に示す
図。
【符号の説明】
１、２、３、４ ポート ５ ベース部材 ５．１ 上側シート ５．２ 下側シート ６ 中央空洞 ６．１ 前部空洞部分（前部室） ６．２ 後部空洞部分（後部室） ７ 取付エレメント ８、８'、９、９' 音響ダクト １０ 電気リード線 １１ ＦＯＤマイクロホン １２ 上表面板（カバープレート） １３ 底表面板 １４ 小チャンネル １５ 電子フィルタ １６．１、１６．２ ＰＭＭＡシート １７．１，１７．２、１７．３ 板 １９ カバー部材 ２０ 側面 ２１ 上昇部 ３０ マイクロホン ３１ 扉部分 ３２ マイクロホン ３３ ベース ４０ 音源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル アンソニー ズニガ アメリカ合衆国、22032 バージニア、フ ェアーファックス、キャリッジパーク ロ ード 4805

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）ハウジングと、 ｂ）そのハウジングの内部に取り付けられた、前側と後
    側とを有するダイアフラムを含む１次差分マイクロホン
    と、 ｃ）前記ハウジング内に形成された、前記ダイアフラム
    の前側に隣接する前部空洞および前記ダイアフラムの後
    側に隣接する後部空洞と、 ｄ）第１および第２の前部ポートそれぞれから前記前部
    空洞へ音響エネルギを導く、第１および第２の前部導管
    と、 ｅ）第１および第２の後部ポートそれぞれから前記後部
    空洞へ音響エネルギを導く、第１および第２の後部導管
    と、 を有する装置であって、 ｆ）前記ポートそれぞれは等価断面積を有し、 前記空洞それぞれは等価容積を有し、 前記導管それぞれは等価長さおよび等価断面積を有し、
    それぞれの導管が対応するポートから前記ダイアフラム
    までの等価音響伝達関数を有するように、導管それぞれ
    が対応する空洞まで音響等価的に延びており、 ｇ）前記マイクロホンと空洞と導管とポートとからなる
    音響システムが、３５００Ｈｚより小さい音響共鳴周波
    数を二つ以上はもたず、しかも３５００Ｈｚより小さい
    ヘルムホルツ共鳴周波数を一つももたないように、前記
    空洞の容積と前記導管の長さおよび断面積と前記ポート
    の断面積とが、調整されており、 ｈ）前記第１、第２の前部ポートおよび前記第１、第２
    の後部ポートはすべて１本の直線（以下「マイナー軸」
    と呼ぶ）にほぼ沿って配置されており、 ｉ）前記２個の後部ポートが前記２個の前部ポートの間
    にあるか、または逆に、２個の前部ポートが２個の後部
    ポートの間にあるように、そして、各前部ポートは隣接
    する後部ポートから等しい距離だけ隔たるように配置さ
    れ、これにより、マイクロホン応答が、抽出される音圧
    場のマイナー軸に沿う２次空間微分にほぼ比例するよう
    に構成されていること、 を特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記マ
    イクロホンがエレクトレット・マイクロホンであること
    を特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、 前記音響システムは周波数に依存する応答関数を有し、 前記装置は、前記応答関数を所定の方法で修正するため
    の電子フィルタをさらに有すること、 を特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、 前記前部ポート間の距離と後部ポート間の距離との平均
    を従直径ｄと定義し、 前部ポート間もしくは後部ポート間の中点と話し手の唇
    との間を結ぶ、所定の最適値ａだけ延びた線分をメジャ
    ー半径と定義し、 前記装置はさらに、その装置が使用されているときに前
    記中点を話し手の唇からほぼａの距離に保持し、前記マ
    イナー軸を前記メジャー半径にほぼ垂直に保持する支持
    手段を有し、 自由空間内に浮かんで最大感度の方向に向けられた、仮
    想的な等価マイクロホンに比較して、前記導管およびポ
    ートの組み合わせにおける前記マイクロホンの、話し手
    の音声に対する理論上の感度を最適化するようなｄ／ａ
    の値に近い値となるように、距離ｄが調整されているこ
    と、 を特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、前記ｄ
    ／ａが約１．４であることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の装置において、前記ハ
    ウジングは音響的に剛性の材料のボディを有し、前記導
    管それぞれは前記ボディの内面で定義される細長い空洞
    領域であること、を特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、 前記ボディは、ほぼ平坦な下表面を有する上部層と、ほ
    ぼ平坦な上表面を有する底部層とを具備し、 前記導管のうちの少なくとも一つは、前記上表面にほぼ
    平行に一つまたは二つの長手方向に延びてその長手方向
    に所定の全長を有し、前記底部層内に形成される、チャ
    ンネルを具備し、 前記チャンネルは、前記上表面からその上表面に垂直の
    方向に向かって、前記全長よりも小さな深さに延び、 前記上表面と下表面が接触して上部層が音響的に前記チ
    ャンネルの気密カバーを形成するように、底部層に上部
    層をかぶせてあること、 を特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の装置において、前記導
    管それぞれは、前記底部層内に形成されたチャンネルを
    具備することを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載の装置において、 前記導管それぞれは、前記底部層内に形成されたチャン
    ネルと接続され上部層内に形成されたチャンネルを具備
    し、 前記上部層は前記底部層内に形成されたチャンネルのた
    めの音響気密カバーを形成し、 前記底部層は前記上部層内に形成されたチャンネルのた
    めの音響気密カバーを形成すること、 を特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 前面および後面を有する１次差分マイ
    クロホンを有する装置であって、 前記前面は前部空洞を通じて第１および第２の前部音響
    導管と音響的に連絡されており、 前記後面は後部空洞を通じて第１および第２の後部音響
    導管と音響的に連絡されており、 それぞれの導管の端部は、音響エネルギを受容するそれ
    ぞれに対応するポートが接続され、 それらのポートは、前記マイクロホンの応答が、抽出さ
    れた音圧場の２次空間微分にほぼ比例するように配置さ
    れた、 装置において、 ａ）前記装置は、音響的に剛性の材料を有しほぼ平坦な
    表面（以下「上側ベース表面」と呼ぶ）を有する厚板状
    のベースを具備し、 ｂ）前記ベース内にはそのベースの内側表面によって定
    義される複数のチャンネルのパタンが形成され、それら
    のチャンネルは前記上側ベース表面で開口しており、そ
    れらのチャンネルは前記上側ベース表面にほぼ平行な少
    なくとも一つの長手方向に延びており、 ｃ）前記パタンは長さおよび断面積がそれぞれ互いに等
    しい４個のチャンネルを含み、各チャンネルは、前記音
    響導管の一つずつにそれぞれ対応して、第１および第２
    の前部チャンネル、第１および第２の後部チャンネルと
    呼ばれ、 ｄ）前記パタンはさらに、前記２個の前部チャンネルに
    結合される前端部および前記２個の後部チャンネルに結
    合される後端部を有する中央空洞を具備し、 ｅ）前記マイクロホンは前記中央空洞内に取り付けら
    れ、その中央空洞のうちのマイクロホンによって占めら
    れない部分が、互いに音響的に隔離された等しい容積の
    前部分と後部分とに分割され、 その前部分は、前記前部チャンネルおよびマイクロホン
    の前面に隣接し、前記前部空洞と一体であり、 後部分は、前記後部チャンネルおよびマイクロホンの後
    面に隣接し、前記後部空洞と一体であり、 ｆ）各ポートは前記ベースの表面の開口部であり、 ｇ）前記ポートは１本の直線にほぼ沿って配置され、後
    部ポートは前部ポートの間に挟まれ、または、前部ポー
    トは後部ポートに挟まれ、各前部ポートとそれに隣接す
    る後部ポートとの距離は互いに等しく、これによってマ
    イクロホンの応答によって表される２次空間微分が１軸
    微分であるように構成され、 ｈ）前記装置は、ほぼ平坦な表面（以下「底カバー表
    面」と呼ぶ）をもつカバーを有し、 ｉ）その底カバー表面は、前記チャンネルパタンを音響
    的に密閉するように、前記上ベース表面に接触させて貼
    り付けられていること、 を特徴とする装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013603A1 (ja) * 2008-07-30 2010-02-04 船井電機株式会社 マイクロホンユニットおよびそれを備える携帯電話機
JP2011223537A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Kazuo Murakami 捕音器

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5539834A (en) * 1994-11-03 1996-07-23 At&T Corp. Baffled microphone assembly
US5862240A (en) * 1995-02-10 1999-01-19 Sony Corporation Microphone device
US5692060A (en) * 1995-05-01 1997-11-25 Knowles Electronics, Inc. Unidirectional microphone
US5651074A (en) * 1995-05-11 1997-07-22 Lucent Technologies Inc. Noise canceling gradient microphone assembly
US5745588A (en) * 1996-05-31 1998-04-28 Lucent Technologies Inc. Differential microphone assembly with passive suppression of resonances
US5848172A (en) * 1996-11-22 1998-12-08 Lucent Technologies Inc. Directional microphone
US5878147A (en) 1996-12-31 1999-03-02 Etymotic Research, Inc. Directional microphone assembly
US6798890B2 (en) * 2000-10-05 2004-09-28 Etymotic Research, Inc. Directional microphone assembly
US7881486B1 (en) * 1996-12-31 2011-02-01 Etymotic Research, Inc. Directional microphone assembly
DE19703311A1 (de) * 1997-01-30 1998-08-06 Sennheiser Electronic Grenzflächenmikrofon
EP0871312A1 (en) * 1997-04-03 1998-10-14 Pan Communications, Inc. Two-way voice communication device
US6122389A (en) * 1998-01-20 2000-09-19 Shure Incorporated Flush mounted directional microphone
DK173789B1 (da) * 1998-10-05 2001-10-22 Kirk Acoustics As Elektroakustisk kommunikationsenhed
NZ502603A (en) * 2000-02-02 2002-09-27 Ind Res Ltd Multitransducer microphone arrays with signal processing for high resolution sound field recording
AU2001274417A1 (en) * 2000-07-06 2002-01-14 Microtonic Nederland B.V. A directional microphone
US7245726B2 (en) * 2001-10-03 2007-07-17 Adaptive Technologies, Inc. Noise canceling microphone system and method for designing the same
US8463334B2 (en) * 2002-03-13 2013-06-11 Qualcomm Incorporated Apparatus and system for providing wideband voice quality in a wireless telephone
US7162041B2 (en) * 2003-09-30 2007-01-09 Etymotic Research, Inc. Noise canceling microphone with acoustically tuned ports
US7813519B2 (en) * 2006-02-02 2010-10-12 General Motors Llc Microphone apparatus with increased directivity
US20070237338A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-11 Alon Konchitsky Method and apparatus to improve voice quality of cellular calls by noise reduction using a microphone receiving noise and speech from two air pipes
TWI318077B (en) * 2006-09-04 2009-12-01 Fortemedia Inc Electronic device and process for mounting microphone therein
US8401217B2 (en) * 2007-07-20 2013-03-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Extreme low frequency acoustic measurement system
US7832080B2 (en) * 2007-10-11 2010-11-16 Etymotic Research, Inc. Directional microphone assembly
US8671763B2 (en) * 2009-10-27 2014-03-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Sub-surface windscreen for outdoor measurement of infrasound
JP5423370B2 (ja) * 2009-12-10 2014-02-19 船井電機株式会社 音源探査装置
CN103491472A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 深圳富泰宏精密工业有限公司 话筒组件及应用其的便携式电子装置
US9445779B2 (en) 2014-10-02 2016-09-20 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Infrasonic stethoscope for monitoring physiological processes
GB2561021B (en) * 2017-03-30 2019-09-18 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd Apparatus and methods for monitoring a microphone
US11769510B2 (en) 2017-09-29 2023-09-26 Cirrus Logic Inc. Microphone authentication
GB2567018B (en) 2017-09-29 2020-04-01 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd Microphone authentication
AU2018414045B2 (en) * 2018-03-22 2021-05-06 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Microphone, mobile terminal and electronic device
US11134337B2 (en) * 2019-11-18 2021-09-28 Bose Corporation Variable port microphone

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2640110A (en) * 1949-10-29 1953-05-26 Rca Corp Second order gradient directional microphone
US4584702A (en) * 1983-12-19 1986-04-22 Walker Equipment Corporation Noise cancelling telephone transmitter insertable in telephone handset receptacle
US4773091A (en) * 1986-06-16 1988-09-20 Northern Telecom Limited Telephone handset for use in noisy locations
GB2200814B (en) * 1987-01-29 1990-02-28 Crystalate Electronics Microphone
US5239578A (en) * 1990-05-15 1993-08-24 Plantronics, Inc. Noise cancelling apparatus for a telephone handset
DD301685A9 (de) * 1990-07-20 1993-06-24 Nordhausen Fernmeldetech Gmbh Akustisches verbundsystem fuer handapparate
JPH0491542A (ja) * 1990-08-07 1992-03-25 Fujitsu Ltd 指向性マイクモジュール及び該モジュールを備えた電話機用ハンドセット
US5268965A (en) * 1991-11-18 1993-12-07 Motorola, Inc. User selectable noise canceling for portable microphones
US5226076A (en) * 1993-02-28 1993-07-06 At&T Bell Laboratories Directional microphone assembly

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013603A1 (ja) * 2008-07-30 2010-02-04 船井電機株式会社 マイクロホンユニットおよびそれを備える携帯電話機
JP2010034991A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 Funai Electric Co Ltd マイクロホンユニット
US8565465B2 (en) 2008-07-30 2013-10-22 Funai Electric Co., Ltd. Microphone unit and mobile phone provided with the same
JP2011223537A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Kazuo Murakami 捕音器

Also Published As

Publication number Publication date
US5511130A (en) 1996-04-23
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CA2143226A1 (en) 1995-11-05
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CA2143226C (en) 1999-01-12
TW277200B (ja) 1996-06-01
FI952106A7 (fi) 1995-11-05
EP0681410A3 (en) 1999-05-06
FI952106L (fi) 1995-11-05
KR950035512A (ko) 1995-12-30
JP3338235B2 (ja) 2002-10-28
DE69523811T2 (de) 2002-06-27
EP0681410B1 (en) 2001-11-14
FI952106A0 (fi) 1995-05-03

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