(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動膜と複数の開口を有する背電極とを具え、それら振動膜と背電極との間に形成される容量に基づいて音響−電気変換を行なうコンデンサマイクロホン用のマイクロホンカプセルにおいて、該マイクロホンカプセルは、
前記背電極の面に平行な面を有し、該背電極に対して振動膜とは反対側に近接離間して配置されるとともに、前記背電極と同一の電位が印加され、振動系の等価質量を小さくして共振周波数を大きくするための通気用の複数の開口を有する制動プレートを具えていることを特徴するマイクロホンカプセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサマイクロホン用のマイクロホンカプセルに係り、特に、超高音域まで平坦な周波数特性を有するとともに、振動膜が背電極に吸着されることのない、従って、安定な動作を行なうことができるマイクロホンカプセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種従来のマイクロホンカプセルを断面図で示している。
図３において、１はカプセルケース、２は振動膜、３は金属リング、４は複数の小穴（開口）が設けられている背電極、５はインシュレータ（絶縁物）、および６はリード端子である。これら構成要素中、特に、振動膜２と背電極４との間の容量変化が音声出力電圧として取り出されるようになっている。
【０００３】
また、図４は、この構造のマイクロホンカプセルの組立図であり、それぞれの部分には、図３におけると同一の符号を付して示している。
【０００４】
図５（ａ），（ｂ）は、図３および図４に示す構造のマイクロホンカプセルの等価回路を示している。
図５（ａ）において、ｍd は振動膜の等価質量、ｓd は振動膜の等価スチフネス、ｓ1 は振動膜２と背電極４間に形成される薄流体層の等価スチフネス、ｍ1 は薄流体層と背電極穴部の等価質量、ｓ2 は背電極４とインシュレータ５間に形成される背部気室の等価スチフネス、およびｒ1 は制動抵抗である。また、上記において、通常ｓ1 >>ｓ2 なのでｓ1 は省略でき、等価回路は図５（ｂ）のようになる。ここで、振動系の等価質量ｍ0 ＝ｍd ＋ｍ1 、振動系の等価スチフネスｓ0 ＝ｓd ＋ｓ2 である。
【０００５】
以下に、マイクロホンカプセルの感度、安定度、共振周波数、および周波数特性の平坦度を決めるＱ値について、それらを規定する数式を示すとともに理論的考察を行う。
【０００６】
まず、マイクロホンカプセルの感度は、出力電圧（Ｅ）／音圧（Ｐ）で定義され、次の（１）式で表される。
【数１】
0003636421.tif 000002
ここに、
Ｓ；振動膜の実効面積、Ｅｂ；成極電圧、Ｄｂ；実効空隙長、ｓ0 ；振動系の等価スチフネス、Ｃｂ；静電容量、およびＣｓ；浮遊容量
である。
【０００７】
また、マイクロホンカプセルの安定度μは、マイクロホンカプセルの振動膜２（図３，４参照）がどの程度背電極４（図３，４参照）に吸着されずに安定に動作するかを値で示していて、次の（２）式で表される。
【数２】
0003636421.tif 000003
ここに、
ｓd ；振動膜の等価スチフネス、ε；空気の誘電率、およびＳｂ；背電極の面積である。
この安定度μは、マイクロホンカプセルが安定であるためには、少なくとも５以上の値を有する必要がある。
【０００８】
また、マイクロホンカプセルの振動系の共振周波数ｆ0 は、コンデンサマイクロホンの高音域の帯域幅を決定するものであり、次の（３）式で表される。
【数３】
0003636421.tif 000004
ここに、
ｍ0 ；振動系の等価質量
である。
従って、超高音域までの帯域幅を有するマイクロホンカプセル（ｆ0 の大きいマイクロホンカプセル）を実現しようとする場合、振動系の等価質量ｍ0 を小さくすればよいが、それには限界があるため、振動系の等価スチフネスｓ0 の値を大きく設定せざるを得ない。
【０００９】
最後に、マイクロホンカプセルの周波数等性の平坦度を決めるＱ値は、次の（４）式で表される。
【数４】
0003636421.tif 000005
ここに、
ｒ1 ；制動抵抗
である。
このＱ値は、マイクロホンカプセルとして、通常、２以下の値に設定されなければならないが、そのためには、大きな制動抵抗ｒ1 が必要になる。
【００１０】
以上のほか、コンデンサマイクロホン用のマイクロホンカプセルでは、マイクロホンカプセルの出力電圧の周波数特性は、振動膜２（図３，４参照）と背電極４（図３，４参照）間の空隙の長さＤｂ（（１）式参照）、言い替えれば振動膜２の面と背電極４の面との間の間隔、および背電極４の構造によって決まる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記（４）式に基づいて、満足すべきＱ値（２以下）を得るためには、大きな制動抵抗ｒ1 が必要になるが、そのためには、振動膜２と背電極４間の空隙の長さＤｂをきわめて短くせざるを得ない。しかしこれは、所定（例えば、５以上）の安定度μ（（２）式参照）を確保するという条件のもとでは感度Ｅ／Ｐ（（１）式参照）が低くなり、また、製造上の難度も高くなる。
【００１２】
すなわち、安定度μと振動膜の実効面積Ｓと振動系の等価スチフネスｓ0 が一定であるという条件のもとでは、マイクロホンカプセルの感度Ｅ／Ｐは、図６に示すように、静電容量Ｃｂが浮遊容量Ｃｓより小さくならない範囲では、振動膜２と背電極４間の空隙の長さを長くするほど大きな値を実現できる（図６においては、横軸に実効空隙長Ｄｂまたは静電容量Ｃｂをとり、縦軸に浮遊容量Ｃｓをパラメータとして感度を相対レスポンスで示している）。しかし、この条件（安定度μ、振動膜の実効面積Ｓおよび振動系の等価スチフネスｓ0 が一定であること）では、振動系の共振周波数での制動が不足し、平坦な周波数特性を得ることができない。
【００１３】
このように、従来の構造のマイクロホンカプセルでは、振動膜２と背電極４間の空隙の長さにより３つの仕様、すなわち感度Ｅ／Ｐと安定度μと周波数特性に関する仕様が定まるため、設計上の制約が多くなり、高性能なマイクロホンカプセルの実現が困難になっていた。
【００１４】
本発明の目的は、マイクロホンカプセルの出力電圧の周波数特性を感度、 安定度に影響を与えず独立に調整できる構造とし、 感度、 安定度を周波数特性から切り離して所望の値に設計することのできるマイクロホンカプセルを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願マイクロホンカプセルは、振動膜と複数の開口を有する背電極とを具え、それら振動膜と背電極との間に形成される容量に基づいて音響−電気変換を行なうコンデンサマイクロホン用のマイクロホンカプセルにおいて、該マイクロホンカプセルは、前記背電極の面に平行な面を有し、該背電極に対して振動膜とは反対側に近接離間して配置されるとともに、前記背電極と同一の電位が印加され、振動系の等価質量を小さくして共振周波数を大きくするための通気用の複数の開口を有する制動プレートを具えていることを特徴する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明マイクロホンカプセルの一実施形態を示し、図３（従来のマイクロホンカプセル）の場合と同様、このマイクロホンカプセルを断面図で示している。
図１においては、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して示している。図１（本発明によるマイクロホンカプセル）と図３（従来のマイクロホンカプセル）とを比較すれば明らかなように、従来のマイクロホンカプセルでは、背電極４（図３，４参照）のみが存在していた部分を、本発明マイクロホンカプセルにおいては、背電極４、導電性スペーサ７および制動プレート８によって構成している。
【００１８】
図２は、従来技術において図４にマイクロホンカプセルの組立図を示したのと同様、本発明による一実施形態のマイクロホンカプセルの組立図であり、同図によれば、図１中の各部分がどのようになっていて、各部分がどのように組み合わされ組み立てられているかがより一層分かり易く示されている。
【００１９】
上記のように、本発明マイクロホンカプセルは、制動プレート８を背電極４に近接離間して配置した構造を有するものであるが、好ましくは、制動プレート８は、その面が背電極４の面に平行になるようにするために導電性スペーサ７によって背電極４から一定の距離を保って配置されている。また、制動プレート８は、その電位が背電極４と同電位であることも必須の要件となっている。その理由については後述する。
【００２０】
さらに好ましくは、背電極４と同様に、制動プレート８にも通気用の小穴（開口）が設けられている。これにより、振動系の等価質量ｍ0 には新たに背電極４と制動プレート８間の空隙が呈する等価質量と制動プレート８の小穴部の等価質量が付加される。このため振動系の等価質量ｍ0 （図５参照）は、定性的に２つの空隙（振動膜２と背電極４間の空隙、および背電極４と制動プレート８間の空隙）の長さ、小穴の直径と小穴の個数、および背電極４と制動プレート８の各厚さに関連する。振動系の等価質量ｍ0 は、特に、小穴の直径と小穴の個数、および背電極４と制動プレート８の各厚さによって大きく変動し、背電極４と制動プレート８の各小穴の占有面積が一定であるとの条件のもとでは、小穴の直径が小さくかつ小穴の個数が多い場合に極小になり、背電極４と制動プレート８の各厚さが薄いほど小さくなる。
【００２１】
また、空隙によって生じる等価質量は小穴で生じる等価質量に較べて一般的に小さな値になる。一方、制動抵抗ｒ1 の値は空隙長の大きさの三乗に逆比例して大きくなる性質がある。従って、背電極４と制動プレート８間の空隙長を変化させても振動系の等価質量ｍ0 への影響は殆ど生じないで、制動抵抗ｒ1 を所望の値に設定することが可能になる。
【００２２】
以上により、本発明マイクロホンカプセルの感度および安定度は、振動膜２と背電極４間の空隙長によって所定の値に設定され、周波数特性は、背電極４と制動プレート８間の空隙長で独立に制御可能となる。
【００２３】
また、本発明において、制動プレート８の電位を背電極４の電位と同一の電位にしたのは次の理由からである。すなわち、振動膜２と背電極４の間には成極電圧による吸引力が働き、振動膜２と背電極４の間の空隙を小さくすると急速に安定度μが低下し、振動膜と背電極の吸着が発生する。空隙長を自由に設定できるようにするためには、背電極４と制動プレート８の間でこうした吸引力が発生しない構造が必要であり、背電極４と制動プレート８とが同電位になる構造としている。
【００２４】
上述した本発明マイクロホンカプセルの一実施形態においては、振動膜２と背電極４間の空隙の長さは感度Ｅ／Ｐ、安定度μおよび製造難度の点から適宜に設定される。背電極４と制動プレート８の厚さと小穴の直径と小穴の個数は、振動系の等価質量ｍ0 が設計上必要とする値になるように配分し、また、制動プレート８自体は、その厚さが薄くても平坦度と強度が満足されるように、ステンレスまたはニッケルなどの材質の金属でエッチングあるいは電鋳などの手法で製造するものとする。また、制動抵抗r1は背電極４と制動プレート８とに設けられたそれぞれの小穴と、背電極４と制動プレート８両者間の空隙を通過する空気の粘性抵抗を利用しているため、それぞれの小穴は互いにずれた位置にあけられる。
【００２５】
また、背電極４と制動プレート８間の空隙長を得るための導電性スペーサ７は、その厚さを１０μｍ前後とし、また、背電極４と制動プレート８を同電位にするため導電性を有する金属箔でつくられる。
【００２６】
振動膜２は金属リング３に接着され、金属リング３はカプセルケース１に接触して接地される。背電極４と制動プレート８はインシュレータ（絶縁物）５で保持されるとともに、成極電圧が印加され、振動膜２と背電極４との間に容量（コンデンサ）が形成される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明マイクロホンカプセルによれば、周波数特性を、感度と安定度に影響を与えることなく背電極と制動プレート間の空隙の長さによって独立に調整可能であることから、高性能のマイクロホンカプセルを実現することができる。とくに感度、安定度、および周波数特性のいずれをも所望の特性にすることのできる本発明は、超高音域の音まで収音可能なマイクロホンカプセルを実現するうえで必要不可欠なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるマイクロホンカプセルを断面図で示している。
【図２】本発明の一実施形態のマイクロホンカプセルの組立図である。
【図３】従来のマイクロホンカプセルを断面図で示している。
【図４】従来のマイクロホンカプセルの組立図である。
【図５】従来のマイクロホンカプセルの等価回路を示している。
【図６】従来のマイクロホンカプセルの、振動膜と背電極間の空隙の長さまたは静電容量に対する感度の関係を示している。
【符号の説明】
１  カプセルケース
２  振動膜
３  金属リング
４  背電極
５  インシュレータ（絶縁物）
６  リード端子
７  導電性スペーサ
８  制動プレート
【図１】
0003636421.tif 000006
【図２】
0003636421.tif 000007
【図３】
0003636421.tif 000008
【図４】
0003636421.tif 000009
【図５】
0003636421.tif 000010
【図６】
0003636421.tif 000011