(57)【要約】【課題】マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を除去することで、よりクリアな音質の入出力が可能となり、性能を飛躍的に向上させたマイクロホンを提供する。【解決手段】マイクロホン１は、一つの筐体１０において、この筐体１０が障壁１３を介して２つの室に分離され、この障壁により分離されたそれぞれの室ＡとＢに第１と第２のダイヤフラム（振動板）１１，１２が設けられている。一方の室Ａには、音波を入射させる音孔１４が設けられ、他方の室Ｂは密閉状態で外部の音波を入射させる手段はない。また、この２つの室Ａ，Ｂは、音孔１４から伝わる音波の方向と同方向に縦列に設けられている。第１及び第２のダイヤフラム１１，１２は、ともにフッ素樹脂膜やＳｉ皮膜からなり、音波及び外部振動により形状変化し、この形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号へ変換するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムの形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換して出力を得るマイクロホンにおいて、
前記ダイヤフラムを２つ備え、
前記２つのダイヤフラムは、遮音性を有する部材によりなり別々に隣接して設けられた室にそれぞれ格納され、又は遮音部材により隔てられた隣接する室にそれぞれ設けられ、
第１のダイヤフラムを備えた第１の室には、音波を入射させる音孔が設けられ、
第２のダイヤフラムを備えた第２の室は、音波が遮られた空間であり、
前記第１のダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｆ（ｐ，ｖ）とし、
前記第２のダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｇ（ｐ，ｖ）としたときに、
前記第１の室と、前記第２の室とは、
ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）
及び
ｇ（ｐ，０）＝０
を近似的に満たし、
適応フィルタを用いて、入力信号であるｇ（ｐ，ｖ）からｆ（ｐ，ｖ）を２乗誤差最小の基準で近似させることで、
ｆ（ｐ，ｖ）−ｇ（ｐ，ｖ）＝ｆ（ｐ，０）
を出力するものであることを特徴とするマイクロホン。
【請求項２】
ダイヤフラムとバックプレートとをスペーサを介在させて間隙を設けてそれぞれ対向配置したコンデンサ型素子を備え、前記ダイヤフラムの振動を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換して出力を得るマイクロホンにおいて、
前記コンデンサ型素子を２つ備え、
この第１と第２のコンデンサ型素子は、同一面を同一方向に向けて、遮音性を有する部材によりなり別々に隣接して設けられた第１及び第２の室にそれぞれ格納され、又は共通のパッケージ内において遮音部材により隔てられた隣接する第１及び第２の室にそれぞれ設けられ、
前記第１のコンデンサ型素子の音波入射面と対向する位置に外部からの音波を取り込む音孔を形成し、
前記第２のコンデンサ型素子の音波入射面と対向する位置に外部からの音波を遮蔽する遮蔽部を形成し、
前記第１のコンデンサ型素子におけるダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｆ（ｐ，ｖ）とし、
前記第２のコンデンサ型素子におけるダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｇ（ｐ，ｖ）としたときに、
前記第１の室と、前記第２の室とは、
ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）
及び
ｇ（ｐ，０）＝０
を近似的に満たし、
適応フィルタを用いて、入力信号であるｇ（ｐ，ｖ）からｆ（ｐ，ｖ）を２乗誤差最小の基準で近似させることで、
ｆ（ｐ，ｖ）−ｇ（ｐ，ｖ）＝ｆ（ｐ，０）
を出力するものであることを特徴とするマイクロホン。
【請求項３】
前記第１のダイヤフラムと、前記第２のダイヤフラムとは、音波の入射面を、前記音孔から入射する音波の方向に対向させ、かつ入射方向に対して直列方向に並べて設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロホン。
【請求項４】
前記第１のコンデンサ型素子と、前記第２のコンデンサ型素子とは、音波の入射面を、前記音孔から入射する音波の方向に対向させ、かつ入射方向に対して直列方向に並べて設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロホン。
【請求項５】
前記第１の室と、前記第２の室とは、前記音孔から入射する音波の方向に対して垂直方向である横方向に並列に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロホン。
【請求項６】
前記第１、第２のコンデンサ型素子がそれぞれＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子からなることを特徴とする請求項１，２又は４のいずれか１項に記載のマイクロホン。
【請求項７】
前記第１の室及び第２の室は、剛性の強い部材により密に結合されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロホン。
【請求項８】
前記第１の室及び第２の室は、台座に搭載されるとともに剛性の強い部材により密に結合され、
この台座は、支柱により支持され、
この支柱は、台座を支持する側と反対の端部において設置されることを特徴とする請求項３又は４に記載のマイクロホン。
【請求項９】
前記第１の室及び第２の室は、台座に隣接して搭載され、
この台座は、支柱により支持され、
この支柱は、台座を支持する側と反対の端部において設置されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロホン。
【請求項１０】
前記第１の室及び第２の室は、台座に搭載され、
この台座には、台座の振動を抑制するリブが設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収音装置であるマイクロホン技術の改良に係り、特に、不要な振動に起因する信号成分を除去することが可能なマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロホンを使用する状況は、空間にマイクロホンが浮遊して使用することは考えにくく、図１８のように、現実は何らかの支えなど他の構造物との機械的なリンクが存在する。
【０００３】
そのため、マイクロホンは、マイクロホンの本来の目的である音波による音圧変化に反応する作用のほかに、機械的なリンクから伝搬する振動による反応が生じることとなる。すなわち、例えば、ＥＣＭ（エレクトロニック・コンデンサ・マイクロホン）であっても、また、ＭＥＭＳ（半導体生産プロセスを利用し、微細な構造体やデバイスを製造する技術で、Micro Electro Mechanical Systemsの略）マイクロホンであっても、フッ素樹脂膜やＳｉ皮膜からなるダイヤフラムの形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換する構造を用いているため、音圧だけに反応したいマイクロホンの目的に、不要な振動に起因する信号成分が重畳することとなり、結果、様々な欠点や性能の低下が生じさせている。
【０００４】
ＭＥＭＳマイクロホンは、ＥＣＭと同等の機能をＭＥＭＳ素子で実現したものである。すなわち、ＥＣＭと、ＭＥＭＳマイクロホンとでは、振動膜（ダイヤフラム）の材料は異なるが、いずれも音圧の変化を感知して振動膜が振動し、その結果、電極との間の静電容量が変化するのを利用する原理は、ＥＣＭの場合と同じである（本発明は、ＥＣＭ及びＭＥＭＳマイクロホンの双方の技術に応用可能であることを前提としている。）
【０００５】
ＭＥＭＳマイクロホンの場合には、一般的なＳｉ薄膜を利用して音圧を感知する。音圧によるＳｉ薄膜の変化を静電容量変化として読み出す。一方、ＥＣＭでは音声を検出する振動板にフッ素樹脂などの高分子材料を使う場合が多い。このため高熱のリフロー炉を使うはんだ付けに対応できなかった。一方、ＭＥＭＳマイクロホンは、ＥＣＭと比べて熱に強いため、リフロー対応が可能なことが利点のひとつとされている。
【０００６】
上述のように、ＥＣＭマイクロホンであっても、また、ＭＥＭＳマイクロホンであっても、フッ素樹脂膜やＳｉ皮膜からなるダイヤフラムの形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換する構造を用いているため、ダイヤフラムに変化を生じさせるすべての事象は区別されることなく電気信号へ変換されるから、このことが音圧だけに反応したいマイクロホンの目的に、不要な振動に起因する信号成分が重畳することとなり、結果、様々な欠点や性能の低下を生じさせていることに変わりはない。
【０００７】
そして、このようなマイクロホンにおける不要振動を解消することができれば、当該マイクロホンを支える外部構造からの振動音をカットすることで、よりクリアな音質の入出力が可能となるから、マイクロホンの性能向上という面において無視できない。例えば、車内音声認識システムにおいては、車室内という振動が多く発生する場所であるため、振動による影響を除去することができれば、音声認識率を飛躍的に向上することができると考えられる。また、一般的に用いられるマイクロホンから、すべてのモバイル機器、ディジタル・スチル・カメラに用いられるマイクロホンなどにおいても、それらのすべてが本質的に持っている欠点といえる振動成分の解消ができれば、その効果、恩恵は多大なものがある。
【０００８】
従来のマイクロホンにおいては、マイクロホンの筐体に防振材を配したり、内部構造に防振構造を持たせ、振動成分の低減や抑制という観点から改良がなされてきた。例えば、マイクロホンのケースと、このケースの前端部に装着されたヘッドカバーとの間に防振部材を装着し、マイクロホンユニットを、上記防振部材を介してケースに固定し、ヘッドカバーの側部に設けた音響孔を防振部材の近傍に設けたことにより、マイクロホンの振動による防振部材近傍の空気圧力変化を、音響孔を通じた空気の流出、流入によって回避することができ、音響端子に伝搬する振動雑音を防止した技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
一方、本発明者は、電子聴診器の分野において、不要振動を容易且つ効果的に抑制して、明瞭且つ正確な聴診音を得るべく、聴診音収音用メインマイクロホンの近傍に、不要な振動情報のみをピックアップする目的で、遮音材料で完全に覆いダイヤフラムへ入る音波を遮蔽したエレクトレットコンデンサマイクロホンを設け、これを聴診音収音用のメインマイクロホンに機械的な結合が密になるように近接配置した構成を提案した（特許文献２の図１０（ｂ）参照）。これによって、メインマイクロホンに入る機械振動に伴う振動情報をこの補助マイクから相関よく得て、不要振動を容易且つ効果的に抑制することが可能となっている。
【００１０】
しかしながら、上記従来のマイクロホンにおいて、マイクロホンの筐体に防振材を設けたり、内部に防振構造を持たせる技術では、あくまで振動を除去するものではなく、防ぐものに過ぎないため、防振材料の工夫や、機械的な構造の複雑化を生み、そのため、如何なる用途のマイクロホンに採用できるわけではなく、汎用性や製作簡易性の点で課題があった。また、マイクロホンを握る手や、外部からの風による振動等の比較的弱い振動に対しては振動による雑音の低減を図ることができたが、例えば、マイクロホンを、テーブル等の硬い物品に衝突させたり、落下させたりした場合の非常に強い振動は防ぎ切れず、このような振動による雑音に対応することも課題であった。
【００１１】
また、特許文献２において提示された技術は、振動音の低減でなく、キャンセルする、すなわち、振動音の除去という従来見ることのできなかった新しい着想を提供するものであったが、「ダイヤフラムへ入る音波を遮蔽した特殊なマイクロホン」との構成を提示しただけであって、その理論的根拠や新規なマイクロホンとしての構造的特徴を提示するまでに至ってはいなかった。
【００１２】
上記のような課題に対して構造的特徴を提示するものとして、特許文献３がある。特許文献３には、マイクカプセルケースをセパレータによって音孔を有する区画と音孔を有さない区画に分割し、各区画にダイヤフラム、ダイヤフラム支持体及びバックプレートを配置することで、音孔を有する側を第１のマイク、音孔を有しない側を第２のマイクとして動作させてなるマイクロホン装置が開示されている。このマイクロホン装置では、第１のマイクは外部からの音波による音響信号Ａと外部振動による信号Ｖ１の和である出力信号Ａ＋Ｖ１を出力し、第２のマイクは外部振動による信号Ｖ２のみを出力し、処理回路によるこれらの差分Ａ＋Ｖ１−Ｖ２を、Ｖ１とＶ２が等しくなるようにマイクの構造・材質を調整することで、音響信号Ａのみを抽出するようになっている。
【００１３】
また、特許文献３と同様に、特許文献４及び５においても、マイクロホンを２つ設け、一方において音波と振動成分を検出し、他方において振動成分のみを検出することで、振動成分の除去を図る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１７７６３３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０２７２５号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／６２１２０号
【特許文献４】実開平４−５３３９４号公報
【特許文献５】実開平１−１４２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、本発明者らは、特許文献３〜５に開示されるようなマイクロホン装置が未だ実用化されていない点に疑問を持ち、鋭意研究を重ねたところ、「振動をキャンセルする」という効果を実現するには、相当程度の精度が必要であるという知見に至った。すなわち、大きなキャンセル効果（−２０〜−３０ｄＢ)を得るためには数ｄＢでのマッチングが要求されるのである。
【００１６】
また、２つのマイクロホンを用いる上記のマイクロホン装置においては、実用化を考えた場合に、マイクロホンの感度の個体差があり、現実的には２つのマイクの特性が全く同様ということは難しく、また、マイク特性が経時的に変化することも想定される。
【００１７】
したがって、単に一方のダイヤフラムから得られる音波及び振動成分から、他のダイヤフラムから得られる振動成分を減ずるだけでは、実用化に耐えうる結果を生み出すことは不可能であった。
【００１８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明は、ダイヤフラムの形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換して出力を得るマイクロホンにおいて、前記ダイヤフラムを２つ備え、前記２つのダイヤフラムは、遮音性を有する部材によりなり別々に隣接して設けられた室にそれぞれ格納され、又は遮音部材により隔てられた隣接する室にそれぞれ設けられ、第１のダイヤフラムを備えた第１の室には、音波を入射させる音孔が設けられ、第２のダイヤフラムを備えた第２の室は、音波が遮られた空間であり、前記第１のダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｆ（ｐ，ｖ）とし、前記第２のダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｇ（ｐ，ｖ）としたときに、前記第１の室と、前記第２の室とは、ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）及びｇ（ｐ，０）＝０を近似的に満たし、適応フィルタを用いて、入力信号であるｇ（ｐ，ｖ）からｆ（ｐ，ｖ）を２乗誤差最小の基準で近似させることで、ｆ（ｐ，ｖ）−ｇ（ｐ，ｖ）＝ｆ（ｐ，０）を出力するものであることを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、ダイヤフラムとバックプレートとをスペーサを介在させて間隙を設けてそれぞれ対向配置したコンデンサ型素子を備え、前記ダイヤフラムの振動を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換して出力を得るマイクロホンにおいて、前記コンデンサ型素子を２つ備え、この第１と第２のコンデンサ型素子は、同一面を同一方向に向けて、遮音性を有する部材によりなり別々に隣接して設けられた第１及び第２の室にそれぞれ格納され、又は共通のパッケージ内において遮音部材により隔てられた隣接する第１及び第２の室にそれぞれ設けられ、前記第１のコンデンサ型素子の音波入射面と対向する位置に外部からの音波を取り込む音孔を形成し、前記第２のコンデンサ型素子の音波入射面と対向する位置に外部からの音波を遮蔽する遮蔽部を形成し、前記第１のコンデンサ型素子におけるダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｆ（ｐ，ｖ）とし、前記第２のコンデンサ型素子におけるダイヤフラムを形状変化させる音圧をｐとし、振動をｖとしたときに、当該ダイヤフラムの電気振動への変換関数をｇ（ｐ，ｖ）としたときに、前記第１の室と、前記第２の室とは、ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）及びｇ（ｐ，０）＝０を近似的に満たし、適応フィルタを用いて、入力信号であるｇ（ｐ，ｖ）からｆ（ｐ，ｖ）を２乗誤差最小の基準で近似させることで、ｆ（ｐ，ｖ）−ｇ（ｐ，ｖ）＝ｆ（ｐ，０）を出力するものであることを特徴とする。
【００２１】
以上の態様では、２つのダイヤフラムを隣接する室に設けたことで、２つのダイヤフラムにおいて受ける振動成分を極力近似させるとともに、２つのダイヤフラムを備えた室を、遮音部材により隔て、第１の室にのみ音波を入射させる。これにより、第１の室におけるダイヤフラムにおける音圧と振動成分との入力から、第２の室におけるダイヤフラムにおける振動成分のみの入力を除去することにより、マイクロホンにおける振動成分を除去し、よりクリアな音質の入出力が可能となる。
【００２２】
また、第１のダイヤフラムにおいて音孔及び構造体を通して音圧ｐと振動ｖとが入力され、一方の第２のダイヤフラムにおいて構造体を通しての振動をｖのみが入力される構造とすることによって、第１のダイヤフラムにおける音圧ｐと振動成分ｖとの入力から、第２のダイヤフラムにおける振動成分ｖのみの入力を除去することにより、マイクロホンにおける振動成分ｖを除去し、音圧ｐのみ抽出することが可能となる。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１のダイヤフラムと、前記第２のダイヤフラムとは、音波の入射面を、前記音孔から入射する音波の方向に対向させ、かつ入射方向に対して直列方向に並べて設けられたことを特徴とする。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１のコンデンサ型素子と、前記第２のコンデンサ型素子とは、音波の入射面を、前記音孔から入射する音波の方向に対向させ、かつ入射方向に対して直列方向に並べて設けられたことを特徴とする。
【００２５】
以上の態様では、２つのダイヤフラムを備えた第１の室と第２の室を近接させ、さらにタンデムに並べて設けた構造とすることで、第１の室におけるダイヤフラムと第２の室におけるダイヤフラムにおける振動成分の影響を極力近似させることができる。また、第１の室と第２の室とで遮音材をサンドイッチ構造にし、さらに第１の室の構造そのものを第２の室に対する遮音材とすることで、第２の室のダイヤフラムに音圧が伝播するのを防ぐことが可能となる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の室と、前記第２の室とは、前記音孔から入射する音波の方向に対して垂直方向である横方向に並列に設けられたことを特徴とする。
【００２７】
以上の態様では、本発明のマイクロホンを、例えば、ＭＥＭＳマイクロホンに適用したような場合には、ＭＥＭＳマイクロホンが微細構造であるために２つのダイヤフラムの空間的な位置を近接させることが可能であり、第１の室に伝播する振動成分と、第２の室に伝播する振動成分とを近似させることは容易である。これに加え、ＭＥＭＳマイクロホンでは、基板に実装する際の制約として、薄型を要求されるような場合であっても有利である。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１，２又は４のいずれか１項に記載の発明において、前記第１、第２のコンデンサ型素子がそれぞれＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子からなることを特徴とする。
【００２９】
以上の態様では、上記同様、ＭＥＭＳマイクロホンが微細構造であるために２つのダイヤフラムの空間的な位置を近接させることが可能であり、第１の室に伝播する振動成分と、第２の室に伝播する振動成分とを近似させることは容易である。
【００３０】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の室及び第２の室は、剛性の強い部材により密に結合されたことを特徴とする。
【００３１】
以上の態様では、２つの室を剛性の強い材料により密に結合させることにより、２つの室に伝播する振動成分を近似させることができる。これにより、第１の室におけるダイヤフラム又はコンデンサ型素子の入力から、第２のダイヤフラム又はコンデンサ素子の入力を除くことで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【００３２】
請求項８の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記第１の室及び第２の室は、台座に搭載されるとともに剛性の強い部材により密に結合され、この台座は、支柱により支持され、この支柱は、台座を支持する側と反対の端部において設置されることを特徴とする。
【００３３】
以上の態様では、台座に２つの室を搭載し、この台座を支柱により支持し、マイクロホンの外部との物理的な接触点を、支柱の先端のみとすることで、マイクロホンに対する外部からの振動成分はすべて支柱先端から伝播するため、２つの室におけるダイヤフラム又はコンデンサ素子は振動姿態も同様な挙動を示し、結果として生じる起電力の位相も合致したものになる。
【００３４】
また、直列配置した室を、剛性の強い材料により密に結合することで、支柱から台座に伝播する振動によっても、２つのダイヤフラム又はコンデンサ素子が、同じ姿態で振動するようになり、ダイヤフラム又はコンデンサ素子の直列配置の場合であっても、２つのダイヤフラム又はコンデンサ素子に伝播する振動成分を近似させることができる
【００３５】
したがって、２つのダイヤフラム又はコンデンサ素子を直列配置した構成のマイクロホンにおいても、振動に起因する起電力の位相ずれが生じない。このため、音圧と振動成分が入力される第１のダイヤフラム又は第１のコンデンサ素子における振動成分と、振動成分のみが入力される第２のダイヤフラム又は第２のコンデンサ素子における振動成分が、限りなく近似することで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【００３６】
請求項９の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の室及び第２の室は、台座に隣接して搭載され、この台座は、支柱により支持され、この支柱は、台座を支持する側と反対の端部において設置されることを特徴とする。
【００３７】
以上の態様では、台座に２つのダイヤフラム又は２つのコンデンサ素子を搭載し、この台座を支柱により支持し、マイクロホンの外部との物理的な接触点を、支柱の先端のみとすることで、マイクロホンに対する外部からの振動成分はすべて支柱先端から伝播するため、２つのダイヤフラム又は２つのコンデンサ素子は振動姿態も同様な挙動を示し、結果として生じる起電力の位相も合致したものになる。
【００３８】
このようなマイクロホンによれば、２つのダイヤフラム又は２つのコンデンサ素子を並列配置した構成のマイクロホンにおいても、振動に起因する起電力の位相ずれが生じない。このため、音圧と振動成分が入力される第１のダイヤフラム又は第１のコンデンサ素子における振動成分と、振動成分のみが入力される第２のダイヤフラム又は第２のコンデンサ素子における振動成分が、限りなく近似することで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【００３９】
請求項１０の発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の室及び第２の室は、台座に搭載され、この台座には、台座の振動を抑制するリブが設けられていることを特徴とする。
【００４０】
以上の態様では、台座にリブを設けることで、台座に対する振動の抑制効果を得ることができるだけでなく、構造体の曲げ剛性をあげることが可能となる。このように台座自体の剛性を高めることにより、台座の振れが少なくなり、台座から２つのダイヤフラム又は２つのコンデンサ素子に伝播する振動成分を近似させることができる。これにより、第１のダイヤフラム又は第１のコンデンサ素子の入力から第２のダイヤフラム又は第２のコンデンサ素子の入力を除くことで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように、本発明によれば、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンの概略的構造を示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンをアナログ回路で構成した例を示すブロック図。
【図３】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンのディジタル回路で構成した例を示すブロック図。
【図４】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンをＥＣＭに適用した例を示す模式図。
【図５】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンをＭＥＭＳマイクロホンに適用した例を示す模式図。
【図６】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンをＭＥＭＳマイクロホンに適用した変形例を示す模式図。
【図７】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンの回路構成の一例を表す図。
【図８】本発明の第１実施形態におけるマイクロホンの実験結果を表すグラフ図。
【図９】本発明の第１実施形態におけるダイヤフラムを並列配置した場合の振動に関するイメージ図。
【図１０】本発明の第２実施形態におけるダイヤフラムをＴ字状部材に搭載して構成した図。
【図１１】本発明の第２実施形態におけるマイクロホンへの入力の時間波形を示す図（ａ）及び（ｂ）並びに周波数特性を示す図（ｃ）。
【図１２】本発明の第２実施形態におけるマイクロホンにおいて、加振した場合のマイクロホンへの入力の時間波形を示す図（ａ）及び（ｂ）並びに周波数特性を示す図（ｃ）。
【図１３】本発明の第２実施形態におけるマイクロホンにリブを設けて構成した図。
【図１４】本発明の第２実施形態におけるマイクロホンを剛性の強い部材に搭載して構成した図。
【図１５】本発明の他の実施形態におけるマイクロホンの構成を示す図。
【図１６】従来のＥＣＭの構造を示す模式図。
【図１７】従来のＭＥＭＳマイクロホンの構造を示す模式図。
【図１８】一般的なマイクロホンの構造を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について、図面を参照して具体的に説明する。
【００４４】
［１．第１実施形態］
［１−１．本実施形態の前提となるマイクロホンの概略的構造］
本実施形態に係るマイクロホン１は、図１（ａ）に示すように、一つの筐体１０において、この筐体１０が障壁１３を介して２つの室に分離され、この障壁により分離されたそれぞれの室ＡとＢに第１と第２のダイヤフラム（振動板）１１，１２が設けられている。
【００４５】
一方の室Ａには、音波を入射させる音孔１４が設けられ、他方の室Ｂは密閉状態で外部の音波を入射させる手段はない。また、この２つの室Ａ，Ｂは、音孔１４から入射する音波の方向に対して縦列（直列）に設けられている。
【００４６】
第１及び第２のダイヤフラム１１，１２は、ともに従来同様、フッ素樹脂膜やＳｉ皮膜からなり、音波及び外部振動により形状変化し、この形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号へ変換するものである。第１及び第２のダイヤフラム１１，１２は、音波を受ける面を、音孔から入射される音波に対向して設けられている。
【００４７】
なお、本発明のマイクロホンとしては、図１（ｂ）にマイクロホン１´として示すように、一体として設けた筐体１０及び障壁１３に代え、筐体１０ａ及び１０ｂを別体にして遮音性を有する部材により構成し、これらを縦列に結合して、それぞれの筐体１０ａ及び１０ｂにそれぞれ室Ａ及びＢを設ける構成も可能である。
【００４８】
以上のような本実施形態におけるマイクロホン１では、２つのダイヤフラムを隣接する室に設けたことで、２つのダイヤフラムにおいて受ける振動成分を極力近似させるとともに、２つのダイヤフラムを備えた室を、遮音部材により隔て、第１のダイヤフラムに対してのみ音波を入射させる。これにより、第１のダイヤフラムにおける音圧と振動成分との入力から、第２のダイヤフラムにおける振動成分のみの入力を除去することにより、マイクロホンにおける振動成分を除去し、よりクリアな音質の入出力が可能となる。
【００４９】
［１−２．振動除去の理論的側面］
次に、本実施形態に係るマイクロホンにおける振動成分除去について理論的に説明する。上述のとおり、ダイヤフラムの形状変化を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換するという原理から、音圧ｐと、振動ｖに対する電気振動への変換関数をｆ（ｐ，ｖ）と定義する。ここで、従来のマイクロホン技術では、ｆ（ｐ）という変換関数、すなわち、マイクロホンは音圧のみに応答するという考え方の範囲で動作を議論することが多く、最初から振動ｖも含めて独立変数として扱うという考え方そのものが、用いられてこなかったといえる。
【００５０】
本発明は、ｆ（ｐ，ｖ）という原理的に定まっている変換関係から、ｐ，ｖという独立変数が共に存在する場合でも、近似的ｆ（ｐ，０）を実現する手段を与えるものである。そのために、第２のダイヤフラムを設け、この第２のダイヤフラムによるｆ（ｐ，ｖ）に対応する同様の変換関係ｇ（ｐ，ｖ）を利用する。本発明は、一般に振動ｖによる影響が著しい周波数範囲においては、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムが、ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）という関係を近似的に実現できる構造を見いだした点にある。そのため、この２つのダイヤフラムを有する本発明の特徴を総称して、以下、本実施形態のマイクロホン（Dual Sensing Microphone ）と称する。
【００５１】
本実施形態のマイクロホンでは、振動は二つのダイヤフラムに可及的に同じ効果で到達するように構成する。これは振動による影響が大きいおおよそ数ＫＨｚ以下の周波数範囲では、図１に示したように、音波の入射方向と同じ縦方向に隣接して設けた、言わばタイトカップルさせる構成で容易に実現することができる。すなわち、この構成では、以下の数１に表される関係を、近似的に満たすことが可能である。
【００５２】
なお、ここで、近似的に満たすとは、本発明の構成によって限りなく「０」に近い構造を実現する、との意義であり、本発明においては、後述の図８に示した実験結果にもあるとおり、振動の影響が実用上大きな、例えば１ＫＨｚ以下の周波数帯域において、凡そ２０ｄＢ程度の振動成分の除去を「０」に近似させた例として想定するものである。
［数１］
ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）      …（１）
このことは、本発明者による多くのマイクロホンを用いた実験により見いだされた。
【００５３】
上述の通り、第１のダイヤフラム１１には、通常のマイクロホンと同様に音孔１４を設け、入射した音波はここからマイクロホン内部に入射し、第１のダイヤフラム１１に変位を生じさせる。一方で、第２のダイヤフラム１２は、音波の入射を遮音障壁などによって塞ぐ構成としたことにより、第１のダイヤフラム１１と同様、外部振動は伝播するものの、第１のダイヤフラム１１に対して音孔から伝わる音波は、遮音される。
【００５４】
このような構成により、以下の数２の関係を近似的に実現することができる。
［数２］
ｇ（ｐ，０）＝０      …（２）
【００５５】
また、一般に通常のマイクロホンにおいて、音圧ｐと振動ｖが小さな場合には線形動作し、下記数３及び数４の関係が成立することを仮定する。
［数３］
ｆ（ｐ，ｖ）＝ｆ（ｐ，０）＋ｆ（０，ｖ）      …（３）
［数４］
ｇ（ｐ，ｖ）＝ｇ（ｐ，０）＋ｇ（０，ｖ）      …（４）
【００５６】
次に、数１，２を数４に代入して、数５を得る。
［数５］
ｇ（ｐ，ｖ）＝ｇ（ｐ，０）＋ｇ（０，ｖ）＝０＋ｆ（０，ｖ）      …（５）
ここで、それぞれの変換結果の差、すなわち、ｆ（ｐ，ｖ）−ｇ（ｐ，ｖ）を評価する。数３，４，５から以下の数６を得る。
［数６］
ｆ（ｐ，ｖ）−ｇ（ｐ，ｖ）＝ｆ（ｐ，０）      …（６）
【００５７】
これは、音圧ｐのみ抽出し、入力した場合の出力であり、本実施形態において実現すべき理想的態様である。そこで、以下では、この理論的考察を元にして、実用に際して必要とされる信号処理を示した上で（以下、［３．信号処理の例］として示す。）、本実施形態の本実施形態のマイクロホンを実現するための機構を明確に示す（以下、［４．具体的な適用例］として示す。）。
【００５８】
なお、第１と第２のダイヤフラムは、それらがｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）を充足する限りにおいて、相互に異なる特性のものを用いてもよく、ｆ（ｐ，０）≠ｇ（ｐ，０）が成立するものであっても問題ない。従って、実装上は、例えば、第１のダイヤフラムとして高価なマイクを用い、第２のダイヤフラムとして振動に対する挙動のみが、第１のダイヤフラムとしての高価なマイクと近似できる安価なマイク（低周波帯域が主体のもの等）を用いる等の対応も可能である。
【００５９】
このことは、本発明が、振動のキャンセルを目的とし、振動から電気信号に変換する特性に注目しているものであり、第２のダイヤフラムでは、上記数２に示すようにｇ（ｐ，０）＝０を仮定し、第２のダイヤフラムにおいてｇ（０，ｖ）のみが機能していることから、推論すれば把握可能なことである。すなわち、本発明における第１と第２のダイヤフラムとをあえて定義すれば、振動のみに起因するダイヤフラムの変化に対する電気信号への変換特性が等しいもの、ということができる。
【００６０】
以上のような本実施形態の原理では、第１のダイヤフラムにおいて音孔及び構造体を通して音圧ｐと振動ｖとが入力され、一方の第２のダイヤフラムにおいて構造体を通しての振動ｖのみが入力される構造とすることによって、第１のダイヤフラムにおける音圧ｐと振動成分ｖとの入力から、第２のダイヤフラムにおける振動成分ｖのみの入力を除去することにより、マイクロホンにおける振動成分ｖを除去し、音圧ｐのみ抽出することが可能となる。
【００６１】
［１−３．信号処理の例］
まず、本発明で必要とされる信号処理は大別して、アナログ信号処理、ディジタル信号処理の双方で実用に供することができる。図２に示す構成は、数６を、端的に差動増幅回路を用いたアナログ信号処理として実現したものである。
【００６２】
一方で、図３に示す構成は、ＡＤＦ（Adaptive Digital Filter ）による適応信号処理として実現したもので、アナログ処理に比べて大きな特性改善が期待できる。適応フィルタは、入力信号であるｇ（ｐ，ｖ）からｆ（ｐ，ｖ）を２乗誤差最小の基準で近似するように動作する。その結果、ｆ（ｐ，ｖ）のうちｇ（ｐ，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）（振動による影響）に相関のある成分が最適に除去されることになる。すなわち、ｆ（０，ｖ）＝ｇ（０，ｖ）が成立するような機構であればその他のたとえばマイクロホンの感度の個体差なども自動的に適応アルゴリズムのなかで吸収される。
【００６３】
適応アルゴリズムとしては、よく知られたＬＭＳアルゴリズムなど多くの公知のアルゴリズムを適用することが可能である。ここで、図３の中で示される適応フィルタの上部に位置する信号処理ブロックは遅延を実現しているものである。図中、Ｍは通常モデリングディレイと称される定数であり、適応フィルタのタップ長の半分に設定される。
【００６４】
［１−４．具体的な適用例］
次に、上記の原理及び信号処理を用いて本実施形態を実現する具体的な適用例に関し、説明する。
【００６５】
［１−４−１．ＥＣＭへの適用例］
（従来のＥＣＭの説明）
まず、従来技術として、一般的なＥＣＭの構造を図１６に示す。一般的なＥＣＭは、外装（パッケージ）２１を金属等の素材により構成し、上部に、音波を内部に入射させる音孔２２を備える。また、その内部に、フッ素樹脂膜やＳｉ皮膜からなるダイヤフラム２０と、あらかじめコロナ放電によるエレクトレット効果によって電荷が帯電された、フッ素樹脂などによる高分子フィルムからなるエレクトレットレイヤ２３を備えたバックプレート２４と、を備える。ＥＣＭは、このダイヤフラム２０と、バックプレート２４とをスペーサ２５を介在させ、その間（Ａｉｒ ｇａｐ）でコンデンサを形成し、音波によるダイヤフラム２０の振動を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換するものである。
【００６６】
また、このダイヤフラム２０と、バックプレート２４とは、接続リング２６によりＥＣＭ底部に設けられた台座２７に固定されるとともに、この台座２７上に設けられたＦＥＴ（電界効果トランジスタ。Field effect transistor の略）２８と、接続リング２６により電気的に接続されている。すなわち、ＥＣＭは、音波によるダイヤフラムの振動を静電容量の変化に帰着させ、台座上に設けられたＦＥＴ２８において電気信号に変換するものである。
【００６７】
（本実施形態における適用例）
次に、本実施形態のマイクロホン２の構成を、図５に示す。同図に示すように、本実施形態の一つのＥＣＭのなかに２つのダイヤフラムを有する本実施形態のマイクロホン構造として実現したものである。
【００６８】
より具体的には、全体を、従来同様、金属等の素材により構成した外装（パッケージ）２１により覆われており、その上部に、外部からの音波が入射する音孔２２を備える。外装２１により覆われたその内部には、中央に、遮音部材である、インシュレータ２９を備え、そのインシュレータ２９を境にして、上部と下部のそれぞれに室Ａと室Ｂとを備え、さらにその室Ａと室Ｂとは、以下の構成を備える。
【００６９】
インシュレータ２９の上部の室Ａには、フッ素樹脂膜やＳｉ皮膜からなるダイヤフラム２０ａと、あらかじめコロナ放電によるエレクトレット効果によって電荷が帯電され、フッ素樹脂などによる高分子フィルムからなるエレクレットレイヤ２３ａを備えたバックプレート２４ａと、を備える。マイクロホン２は、このダイヤフラム２０ａと、バックプレート２４ａとをスペーサ２５ａを介在させ、その間（Ａｉｒ ｇａｐ）でコンデンサを形成し、音波によるダイヤフラム２０ａの振動を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換する点は上記同様である。
【００７０】
また、インシュレータ２９の下部の室Ｂには、上部同様の構成からなるダイヤフラム２０ｂと、エレクトレットレイヤ２３ｂを備えたバックプレート２４ｂとを備える。また、このダイヤフラム２０ｂと、バックプレート２４ｂとをスペーサ２５ｂを介在させ、その間（Ａｉｒ ｇａｐ）でコンデンサを形成し、ダイヤフラム２０ｂの振動を静電容量の変化に帰着させ、電気信号に変換する。
【００７１】
さらに、本実施形態におけるマイクロホン２は、それぞれの室の底部に台座２７ａ及びｂを備え、上部構造は、この台座２７ａに固定される。また、この台座２７ｂ上に設けられたＦＥＴ（電界効果トランジスタ。Field effect transistor の略）２８と、接続リングにより電気的に接続されている。また、この台座２７ｂ上のＦＥＴ２８の隣に、差動増幅回路（Differential amplifier ）Ｄを設け、この差動増幅回路Ｄにより、ダイヤフラム２０ａからの入力であるｆ（ｐ，ｖ）と、ダイヤフラム２０ｂからの入力であるｇ（ｐ，ｖ）を、上記数６により演算する。
【００７２】
以上のような構成のマイクロホン２では、本発明の基本的な仮定である、数１、数２を実現するための工夫が施されている。すなわち、２つのダイヤフラムを隣接する室に設け、２つのダイヤフラムにおいて受ける振動成分を極力近似させるとともに、２つのダイヤフラムを備えた室を、遮音部材であるインシュレータにより隔て、第１の室にのみ音波を入射させる。これにより、第１のダイヤフラムにおける音波と振動との入力から、第２のダイヤフラムにおける振動成分のみの入力を除去することにより、マイクロホンにおける振動成分を除去し、よりクリアな音質の入出力が可能となる。また、このような構成要素を一つの筐体内に収めて一つのマイクロホンとして構成することで、マイクロホン２全体の小型化にも寄与することができる。
【００７３】
さらに、２つのダイヤフラム構造を近接させタンデム（直列）に積層する構造とすることで、振動のみによる影響を極力近似させ、数１を実現する。また、インシュレータとして示される遮音材をサンドイッチ構造にするのに加え、上部に位置するマイクロホン機構そのものを遮音材とするメリットで、数２においてｇ（ｐ，０）＝０を実現している。
【００７４】
すなわち、２つのダイヤフラムを備えた第１の室と第２の室を近接させ、さらにタンデムに並べて設けた構造とすることで、第１の室におけるダイヤフラムと第２の室におけるダイヤフラムにおける振動成分の影響を極力近似させることができる。また、第１の室と第２の室とで遮音材をサンドイッチ構造にし、さらに第１の室の構造そのものを第２の室に対する遮音材とすることで、第２の室のダイヤフラムに音圧が伝播するのを防ぐことが可能となる。
【００７５】
この構造によるこれらの特性は、後述する実験によって確認されている。また、電子回路を共通化することで、さらにコンパクトな構造にすることも可能となる。
【００７６】
なお、本発明の原理をＥＣＭに適用するための例としては、上述の態様に限られず、同様の特性を有する２つの独立したＥＣＭを積層するなど、一方のマイクロホンに音波の進入がないような構造を確保することで、数２で示されるｇ（ｐ，０）＝０が成立するようにすれば、容易に実現することが可能である。
【００７７】
［１−４−２．ＭＥＭＳマイクロホンへの適用例］
（一般的なＭＥＭＳマイクロホンの説明）
まず、従来技術として、一般的なＭＥＭＳマイクロホンの構造を図１７に示す。ＭＥＭＳマイクの場合には、コンデンサの応用という動作原理は、上述したＥＣＭの場合と同様であるが、内蔵ＣＭＯＳ回路で正極電圧を供給して動作させるために、バックプレートへの電荷チャージがないという特徴がある。
【００７８】
すなわち、図１７に示すように、ＭＥＭＳマイクの基本的な構造は、基板３２に搭載され、ダイヤフラム３０とバックプレート３１という２枚が、近接して対向配置される電極板からなるコンデンサである。また、コンデンサ型素子上部には、音波が入射する音孔となるギャップ間隙３３が複数設けられている。これに比較的高い直流バイアス電圧を供給し、そのバイアス電圧の印可によってＭＥＭＳマイクを構成するコンデンサには一定の電荷が充電される。その状態で、ダイヤフラム３０が振動すると、コンデンサとしての高インピーダンスの静電容量変化が生じ、これをＣＭＯＳでインピーダンス変換し、マイクロホン出力とするものである。
【００７９】
（本実施形態における適用例）
次に、本実施形態のマイクロホン３の構成を、図５に示す。同図に示すように、本実施形態のＭＥＭＳマイクロホンの結合体として２つのダイヤフラムを有する本実施形態のマイクロホン構造として実現したものである。
【００８０】
本実施形態におけるマイクロホン３では、上述したＥＣＭでの実現と同様に、［２．振動除去の理論的側面］において、本実施形態のマイクロホンの原理で示した数１及び数２を満足することが肝要であり、実現するためには、（１）独立した２つのＭＥＭＳマイクロホンを積層して構成する方法と、（２）２つのダイヤフラム構造を有する単一のＭＥＭＳマイクロホンとして実現する方法がある。
【００８１】
図５に示す、２つのＭＥＭＳマイクロホンを積層した構成は、図１６に示した基板３２に搭載されダイヤフラム３０とバックプレート３１という２枚が近接して対向配置した電極板からなるコンデンサを、遮音効果を備えた絶縁基板３４（例えば、エポキシ樹脂）を介在させて、２つ積層させた構成である。
【００８２】
また、図６に示す、２つのダイヤフラム構造を単一のＭＥＭＳマイクロホンとした構成では、基板３２ａ及び３２ｂに搭載され、ダイヤフラム３０ａとバックプレート３１ｂという２枚が近接して対向配置した電極板からなるコンデンサを、横方向に並べて構成したものである。そして、一方のダイヤフラム３０ｂ上に絶縁基板３４を装着し、他方は、従来同様、表面に音孔となるギャップ間隙３３を備えたものである。
【００８３】
ここで、ＭＥＭＳマイクロホンの場合には、微細構造であるために２つのダイヤフラムの空間的な位置を近接させることが可能である。そのため、数１を近似することは原理的に優位である。そのため、ＥＣＭでは積層構造が優位であるが、ＭＥＭＳマイクロホンにおいては実装上の条件によって、図６に示すような並列配置構成の利点も多い。
【００８４】
以上のように本適用例では、ＭＥＭＳマイクロホンが微細構造であるために２つのダイヤフラムの空間的な位置を近接させることが可能であり、第１の室に伝播する振動成分と、第２の室に伝播する振動成分とを近似させることは容易である。これに加え、ＭＥＭＳマイクロホンでは、基板に実装する際の制約として、薄型を要求されるような場合であっても、有利である。
【００８５】
［１−５．実験例］
次に、実際の信号処理回路と、本実施形態においてＥＣＭでの構成例として図４に示したマイクロホン２を用いた場合の実測結果を示し、本実施形態のマイクロホンの原理が現実に実現可能であることを示す。図７は、用いた信号処理回路であり、図２で示したアナログ信号処理を具体的に実現したものである。
【００８６】
図中、ＭＩＣ１に音孔を有する側のマイク出力を接続し、ＭＩＣ２に他方のマイク出力を接続するだけで、リアルタイムで所望出力ｆ（ｐ，０）のよい近似を得ることができる。
【００８７】
図８は、ＥＣＭを２つ積層構造にして本実施形態のマイクロホンを構成し、外部より大きな振動を与えた場合の上記アナログ回路の有無を比較したものである。一見して、振動の影響が実用上大きな、主に１ＫＨｚ以下の周波数帯域において、凡そ２０ｄＢ以上の振動成分除去が実現されていることがわかる。さらに、本実験の結果では振動の影響が、さらに多い低周波帯域（例えば、２０〜３０Ｈｚ以下）においてはさらに大きな減衰特性が実現されていることがわかる。
【００８８】
以上のように本実施形態におけるマイクロホンでは、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を除去することで、よりクリアな音質の入出力が可能となり、マイクロホンの性能を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００８９】
［２．第２実施形態］
本発明の第２実施形態におけるマイクロホンは、第１実施形態におけるマイクロホンにおいて、それをバックアップする構造に改良を加えることによって、振動除去性能の向上を図ったものである。
【００９０】
［２−１．並列配置構成における課題］
第１実施形態において示した２つのダイヤフラムを配置するマイクロホンの構成においては、以下のような課題が存在する。ここでは、特に２つのダイヤフラムを水平に並列配置する場合の課題を説明すると、２つのダイヤフラムを水平に並列配置する場合、これらを保持する基体としての２つのダイヤフラムのベースと、ダイヤフラムとの間の物理的かつ幾何学的な関係が重要となる。この点を図９において説明する。
【００９１】
第１実施形態で示した２つのダイヤフラムにおいては、各ダイヤフラムの音孔が塞がれているか否かに関わらず、その感度に違いなどはあるものの、振動に起因し、結果としてダイヤフラムに生じる微少な振動により生じる起電力を入力情報とする。
【００９２】
そのため、音波伝搬とは異なり、固体伝搬としての振動姿態も十分考慮することが肝要となる。図９（ａ）〜（ｃ）は、２つのダイヤフラムを構成するものとしてＭＥＭＳを用いた場合におけるマイクロホンと基体との間の関係について、３つの異なる状態を示すものである。
【００９３】
図９（ａ）は、タイヤフラムが時間的位相的に異なった振動姿態を呈している状態を概念的に示したものである。図９（ａ）では、外部より加振されて基体もわずかではあるが振動しており、この場合、距離が離れて配置されている２つのダイヤフラムでは、両端梁持板の如く動作する。そのため、このまま第１実施形態で示した並列配置構成のマイクロホンを構成した場合、振動に起因する起電力の位相ずれを補正する必要が生じる。
【００９４】
図９（ｂ）の場合には、２つのダイヤフラムが極めて近接配置されているために、振動姿態も同様な挙動を示し、結果として生じる起電力の位相も合致したものになることが想定される。
【００９５】
図９（ｃ）においては２つのダイヤフラムが剛壁上に搭載された状態となっている。この場合、剛性の振動姿態と全く同じ振動姿態で２つのダイヤフラムの振動が影響を受けることになり、位相関係は合致したものとなることが容易に推察される。
【００９６】
すなわち、２つのダイヤフラムを並列配置してマイクロホンを構成する場合には、２つのダイヤフラムを可及的に密接構成させること、また剛な密結合を実現することが重要であり、しかも実用上は、そのレベルは微少な振動を扱うため、非常に注意深く構成することが必要である。
【００９７】
なお、図９をはじめとする第２実施形態の説明においては、図面上は、図１（ｂ）で示したような別途２つ設けられた筐体（一方は音孔を有し、他方は音孔を有さないもの。）により室を構成し、この室にそれぞれダイヤフラムを設けて構成したものを示しているが、図１（ａ）に示すような筐体を一つとして、その筐体を遮音部材によりセパレートする構成や、図５及び図６に示すようなＭＥＭＳマイクロホンを用いた構成によっても実現可能なものであり、図面ではそれを総括的に表したイメージを表示するものである。また、第２実施形態として以下に示す具体的構成のマイクロホンは、第１実施形態同様、その構成をＥＣＭによって実現することも可能であるし、ＭＥＭＳによって実現することも可能である。
【００９８】
［２−２．並列配置構成における振動性能向上の具体的構成］
［２−２−１．Ｔ字状部材への搭載］
（構成）
第２実施形態として示す振動性能向上の具体的構成の一つは、図１０（ａ）に示すように、マイクロホンを載置する台座４１と支柱４２からなる断面がＴ字状の部材を用い、この台座４１に２つのダイヤフラム４０ｃ，４０ｄを備えた筐体４０ａ，４０ｂを搭載してマイクロホン４を構成するものである。
【００９９】
具体的に、マイクロホン４としてダイヤフラムを備えたＭＥＭＳマイクロホンを用いた場合の実施例を説明する。図１０に示すように、音孔を有するもの（市販のＭＥＭＳ）と、例えばエポキシ樹脂などの樹脂により音孔を塞いだものとからなる２つのＭＥＭＳマイクロホンを、台座４１を構成する基板上にハンダ付けし、各マイクロホンの中間の距離を、例えば、約８ｍｍとする。支柱４２としてはビスを用い、このビスの皿を形成する頭部分に、基板を接合することにより構成する。
【０１００】
このマイクロホン４は、支柱の先端（図中下端）において、マイクロホンの本体等に設置される。すなわち、マイクロホン４の外部との接触点は、支柱の先端だけとなるように構成されている。
【０１０１】
（作用効果）
以上のようなマイクロホン４によれば、台座４１に２つのダイヤフラム４０ｃ，４０ｄを備えた筐体４０ａ，４０ｂを搭載し、この台座４１を支柱４２により支持し、マイクロホン４の外部との物理的な接触点を、支柱４２の先端のみとすることで、マイクロホン４に対する外部からの振動成分はすべて支柱４２先端から伝播するため、ダイヤフラム４０ｃ，４０ｄは振動姿態も同様な挙動を示し、結果として生じる起電力の位相も合致したものになる。
【０１０２】
このようなマイクロホン４によれば、２つのダイヤフラムを並列配置した構成のマイクロホンにおいても、振動に起因する起電力の位相ずれが生じない。このため、音圧と振動成分が入力されるダイヤフラム４０ｃにおける振動成分と、振動成分のみが入力されるダイヤフラム４０ｄにおける振動成分が、限りなく近似することで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【０１０３】
（実験結果）
ここで、上述の構成からなるマイクロホン４の具体的な構成態様における実験結果を示す。上述の通り、マイクロホン４としてダイヤフラム４０ｃ，４０ｄをそれぞれ備えたＭＥＭＳマイクロホンを用い、音孔を有するものと、エポキシ樹脂により音孔を塞いだものとからなる２つのＭＥＭＳマイクロホンを、台座４１を構成する基板上にハンダ付けし、各マイクロホンの中間の距離を約８ｍｍとする。支柱４２としてはビスを用い、このビスの皿を形成する頭部分に、基板を接合する。
【０１０４】
このようなマイクロホン４において、図１０（ｂ）に示すように、アクリル板Ａの上に設置し、アクリル板を加振し、実験を行った。加振源は、ゴム製の小型加振ハンマーを用いた。
【０１０５】
まず、マイクロホン４のダイヤフラム４０ｃ及びダイヤフラム４０ｄに入力される信号の基本特性を示す。マイクロホン４では、ダイヤフラム４０ｄへの信号を入力として、振動成分を予測し、ダイヤフラム４０ｃの信号より取り去ることで、振動成分の抑圧を行う。そのため音孔を塞いだダイヤフラム４０ｃには、空気中を伝わる音が入力されず、理論的には振動のみ入力されるものである。この特性は下記の実験により確認することとした。
【０１０６】
実験は、マイクロホン４近傍での音圧を９０［ｄＢＡ］となるように１ｋ［Ｈｚ］の正弦波を再生し、その場合のマイクロホン４への入力の時間波形について、ダイヤフラム４０ｃのものを図１１（ａ）に、ダイヤフラム４０ｄのものを図１１（ｂ）に示し、ダイヤフラム４０ｃ，４０ｄの周波数特性を図１１（ｃ）に示す。
【０１０７】
このような状態において、図１０（ｂ）に示す加振位置を加振した。その際の時間波形について、ダイヤフラム４０ｃのものを図１２（ａ）に示し、ダイヤフラム４０ｄのものを図１２（ｂ）に示し、ダイヤフラム４０ｃ，４０ｄの周波数特性を図１２（ｃ）に示す。これらの図に示す通り、ダイヤフラム４０ｃには音と振動の両方が入力され、ダイヤフラム４０ｄには振動のみが入力されていることを確認できる。
【０１０８】
以上のような結果から、図１１に示したように、ダイヤフラム４０ｄでは、音孔を塞ぐことで遮音特性が確保できていることがわかる。また、上記のように振動に起因する信号のみを検出しているダイヤフラム４０ｄの出力は、図１２より、一見して少なくても振動源が有する周波数範囲において、時間領域、並びに周波数領域においても相関性の極めて高い出力が得られていることがわかる。
【０１０９】
［２−２−２．リブによる振動補強］
第２実施形態として示す振動性能向上の具体的構成の２つ目は、図１３に示すように、マイクロホンを載置する台座５１とこの台座に対してこれを縦断又は横断するように配置されたリブ５２ａ，５２ｂを設け、台座５１上のリブ５２ａ及び５２ｂとの間に２つのダイヤフラム５０ｃ，５０ｄを備えた筐体５０ａ，５０ｂを搭載してマイクロホン５を構成するものである。
【０１１０】
なお、筐体５０ａは音孔を有しダイヤフラム５０ｃにより音波及び振動を検知することを目的とするのに対して、筐体５０ｂは音孔を封止しダイヤフラム５０ｄにより振動のみを検知することを目的とする点は、上記と同様である。また、本実施形態においてリブの形状は、断面が方形にして形成しているが、これに限られず、断面をＬ字状にして形成したり、半円形や台形、その他多角形状など、断面形状は設計やデザインの観点から種々変更可能である。さらに、リブは台座に対して設置する態様だけでなく、例えば、筐体５０ａ，５０ｂを搭載する面を台座から繰り抜くようにして、これにより残った隆起部分をリブとして捉える態様も含む。また、リブの数は、本実施形態のように２片設けることに限定されず、単数や複数設けても良い。
【０１１１】
このようなリブ５２ａ及び５２ｂを設けることで、台座５１に対する振動の抑制効果を得ることができるだけでなく、構造体の曲げ剛性をあげることが可能となる。このように台座５１自体の剛性を高めることにより、台座５１の振れが少なくなり、台座５１からダイヤフラム５０ｃ及び５０ｂに伝播する振動成分を近似させることができる。これにより、ダイヤフラム５０ｃの入力からダイヤフラム５０ｄの入力を除くことで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【０１１２】
［２−２−３．剛な部材による密結合］
第２実施形態として示す振動性能向上の具体的構成の３つ目は、図１４に示すように、マイクロホンを載置する台座６１とこの台座にさらに、カーボンナノチューブ等の剛性の強い材料の載置台６２を搭載し、この載置台６２上に、２つのダイヤフラム６０ｃ，６０ｄを備えた筐体６０ａ，６０ｂを搭載してマイクロホン６を構成するものである。なお、筐体６０ａは音孔を有しダイヤフラム６０ｃにより音波及び振動を検知することを目的とするのに対して、筐体６０ｂは音孔を封止しダイヤフラム６０ｄにより振動のみを検知することを目的とする点は、上記と同様である。
【０１１３】
このように、２つのダイヤフラム６０ｃ，６０ｄを備えた筐体６０ａ，６０ｂを台座６１上に設けた剛性の強い材料からなる載置台６２上に設けることで、台座６１に対する振動によっても、載置台６２の振れが少なくなり、台座６１からダイヤフラム６０ｃ及び６０ｄに伝播する振動成分を近似させることができる。これにより、ダイヤフラム６０ｃの入力からダイヤフラム６０ｄの入力を除くことで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【０１１４】
［３．他の実施形態］
本発明は上述の実施形態に限られず、例えば、次のような態様も包含するものである。第２実施形態として、マイクロホンにおいて２つのダイヤフラムを並列に配置した場合を取り上げたが、具体的な構成例の１つ目の態様は、第１実施形態で示した２つのダイヤフラム直列配置においても採用可能である。
【０１１５】
すなわち、図１５に示すように、上記の実施態様と同様、マイクロホンを載置する台座７１と支柱７２からなる断面がＴ字状の部材を用い、この台座７１に２つのダイヤフラム７０ｃ，７０ｄを直列に搭載してマイクロホン７を構成するものである。このとき、直列に搭載したダイヤフラム７０ｃ及び７０ｄの外装の室７０ａ及び７０ｂを、カーボンナノチューブ等の剛性の強い材料からなる補強部７４により覆い又は一部を補強的に固定する。
【０１１６】
このマイクロホン７は、上記実施形態で示したのと同様、支柱の先端（図中下端）において、マイクロホンの本体等に設置される。すなわち、マイクロホン７の外部との接触点は、支柱の先端だけとなるように構成されている。
【０１１７】
このようなマイクロホン７によれば、台座７１に２つのダイヤフラム７０ｃ，７０ｄを備えた筐体７０ａ，７０ｂを搭載し、この台座７１を支柱７２により支持し、マイクロホン７の外部との物理的な接触点を、支柱７２の先端のみとすることで、マイクロホン７に対する外部からの振動成分はすべて支柱７２先端から伝播するため、ダイヤフラム７０ｃ，７０ｄは振動姿態も同様な挙動を示し、結果として生じる起電力の位相も合致したものになる。
【０１１８】
また、直列配置したダイヤフラム７０ｃ，７０ｄの外装の室７０ａ及び７０ｂ側面を、剛性の強い材料からなる補強部７４により補強することで、支柱７２から台座７１に伝播する振動によっても、ダイヤフラム７０ｃ，７０ｄが同じ姿態で振動するようになり、ダイヤフラムの直列配置の場合であっても、ダイヤフラム７０ｃ，７０ｄに伝播する振動成分を近似させることができる
【０１１９】
以上のようなマイクロホン７では、２つのダイヤフラムを直列配置した構成のマイクロホンにおいても、振動に起因する起電力の位相ずれが生じない。このため、音圧と振動成分が入力されるダイヤフラム７０ｃにおける振動成分と、振動成分のみが入力されるダイヤフラム７０ｄにおける振動成分が、限りなく近似することで、振動成分の除去を的確に行なうことができ、マイクロホンが原理的に収拾する振動成分を的確に除去することが可能で、実用に耐えうるマイクロホンを提供することが可能となる。
【０１２０】
また、同様、第２実施形態において具体的な構成例の２つ目及び３つ目の態様として示した［２−２−２．リブによる振動補強］及び［２−２−３．剛な部材による密結合］の構成についても、第１実施形態で示した２つのダイヤフラム直列配置においても採用可能であり、いずれも第２実施形態において示したのと同様の効果を奏するものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１，２，３，４，５，６，７…マイクロホン
１０…筐体
１１，１２…ダイヤフラム
１３…障壁
１４…音孔
２０，２０ａ，２０ｂ…ダイヤフラム
２１…外装
２２…音孔
２３，２３ａ，２３ｂ…エレクレットレイヤ
２４，２４ａ，２４ｂ…バックプレート
２５，２５ａ，２５ｂ…スペーサ
２６…接続リング
２７，２７ａ，２７ｂ…台座
２８…ＦＥＴ
２９…インシュレータ
３０，３０ａ，３０ｂ…ダイヤフラム
３１，３１ａ，３１ｂバックプレート
３２，３２ａ，３２ｂ…基板
３３…ギャップ間隙
３４…絶縁基板
４０ａ，４０ｂ…筐体
４０ｃ，４０ｄ…ダイヤフラム
４１…台座
４２…支柱
５０ａ，５０ｂ…筐体
５０ｃ，５０ｄ…ダイヤフラム
５１…台座
５２ａ，５２ｂ…リブ
６０ａ，６０ｂ…筐体
６０ｃ，６０ｄ…ダイヤフラム
６１…台座
６２…載置台
７０ａ，７０ｂ…筐体
７０ｃ，７０ｄ…ダイヤフラム
７１…台座
７２…支柱
７３…外装
７４…補強部
Ａ，Ｂ…室
Ｄ…差動増幅回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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