(57)【要約】【課題】高性能、かつ量産性に適した双指向性コンデンサマイクロホンを提供する。【解決手段】固定電極１の前面側および裏面側に夫々振動膜２、２を対向配置し、前記固定電極１および振動膜２、２の外周側に前記固定電極１と夫々の振動膜２、２との間の静電容量の変化を電気信号に変換するインピーダンス変換回路を配置した。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極の前面側および裏面側に夫々振動膜を対向配置し、前記固定電極および振動膜の外周側に前記固定電極と夫々の振動膜との間の静電容量の変化を電気信号に変換するインピーダンス変換回路を配置したことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
固定電極を筒状部の上部にフランジが設けられ下部に底面が設けられた有底筒形状に形成し、前記底面の上面および下面に夫々振動膜を対向配置し、前記筒状部の周囲に基板を配置し、前記固定電極の底面と夫々の振動膜との間の静電容量の変化を電気信号に変換するインピーダンス変換回路を前記基板に設けたことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記振動膜をエレクトレット誘電体膜で形成した請求項１または２のコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
前記夫々の振動膜からの信号を夫々任意の変換特性により処理する請求項１から３のいずれかに記載したコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
前記固定電極に前記振動膜と対向する音響キャビティを設けた請求項１から４のいずれかに記載したコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はコンデンサマイクロホンに係わり、特に、双指向性を持たせるのにに好適なコンデンサマイクロホンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的エレクトレット・コンデンサ・マイクロホン（以下ＥＣＭと称する）の構造の例を図３および図４により説明する。図３および図４に示すごとく、外側部は一般的にカプセル２１に覆われており、このカプセル２１は金属、例えばアルミニウム等からなり、プレス加工等にて底部を一体成型した有底円筒形状のものが多い。
【０００３】
カプセル２１の底部は図で示されている上側の面、つまり、マイクロフォンとして前面側、即ち受音側に配置されるが、この状態では前面側部分（以下前面板２１ａと記す）に閉塞されるため、前面板２１ａの中心には音導入用の穴（以下音穴２１ｂと記す）が設けられている。
【０００４】
カプセル２１内には、樹脂フィルム或いは金属箔等に所定の張力を加え、その外周部が振動膜装着リング３に貼り付けられた振動膜２が収容されている。この振動膜装着リング３は前面板２１ａの内面側に接触している。振動膜２は、背面側、図４で示すところの下側にエレクトレット誘電体膜がコートされており、該振動膜２はスペーサ７を介して固定電極２０と所定のクリアランスを介して対向配置されている。
【０００５】
固定電極２０はリング状の固定電極ホルダ２２に装着保持され、固定電極ホルダ２２はその背後がリングクッション２３を介して遮蔽板２４より閉塞され、遮蔽板２４に対してカプセル２１の後方端部をプレス等にて屈曲せしめてかしめつけられる。このように振動膜装着リング３、振動膜２、スペーサ７、固定電極２０、固定電極ホルダ２２、リングクッション２３、遮蔽板２４はカプセル２１内に機械的に固定される。
【０００６】
上記遮蔽板２４は配線基板を兼ねているものが多く、図に示すように固定電極２０および遮蔽板２４間にインピーダンス変換回路２５が装着されているものが多く、インピーダンス変換回路２５は電界効果トランジスタ、抵抗その他の回路素子により構成されているものが一般的である。
【０００７】
振動膜２および固定電極２０はインピーダンス変換回路２５に接続され、振動膜２および固定電極２０の容量はインピーダンス変換されて出力端に到る。従って、音つまり空気の粗密波は前記前面板２１ａに設けられた音穴２１ｂを通つてカプセル２１内に進入し、該粗密波の圧力により固定電極２０の前面に装着された振動膜２を振動せしめ、振動膜２と固定電極２０との間に形成される静電容量の変化が音響信号に変換される。
【０００８】
−般的にＥＣＭは上記した構造となっているが、振動膜２の背後が閉塞された構造であるため、ＥＣＭは無指向性マイクロフォンの特徴を有していることが常識となっている。しかし昨今、音声認識、或いはノイズキャンセル分野等において、双指向性マイクロフォンの機能が見直されており、当然のことながらＥＣＭにも双指向性の機能が求められている。双指向性機能を得るには、振動膜２の表面および裏面共に、音圧を受けられる構造であることが条件となることが知られている。
【０００９】
上記構造のＥＣＭにおいて、振動膜２の面に付いて説明すると、前記前面板２１ａ側を振動膜２の表面とするなら固定電極２０側が裏面となる。従って、双指向性の機能を得るためには、振動膜２の表面と同様の音圧受圧面積を裏面に設けねばならない。つまり、裏面側に表面側と同様の開放空間が必要となる。そのために、固定電極２０、および遮蔽板２４に、前面板２１ａと同様の音穴を設けることが考えられ、種々の音穴を設ける方法が試みられたが、次のような欠点があることから、双指向性には到っていない。
【００１０】
つまり、遮蔽板２４に前面板２１ａと同様な面積を有する音穴２４ａを設けることは可能であるが、固定電極２０に音穴２０ａを設けると、基本的に電極面積が小さくなり、電極としての能力が下がる。従って、感度が下がりＥＣＭとして機能しなくなる。妥協案として感度の許容範囲を設け、固定電極２０の音穴２０ａの面積を限定すると、双指向性とはほど遠いカージオイド特性しか得られないことが知られている。
【００１１】
また、特開平７−１４３５９５公報に、可変指向性コンデンサマイクロフォン構造が提案され、この公報に、双指向性を得る方法が記載されているが、その手法は単一指向性のコンデンサマイクロフォンをカプセル内に背中合わせにした状態で２個収容せしめた構造である。つまり、前記説明の固定電極２０が２個使用されている構造であり、当然のごとく、構造が複雑となると共に、概ねマイクロホン２個分の部品点数となるため、コスト増となる欠点がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−１４３５９５公報（第３−４頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記要求問題点を解決するためにされたものであって、その目的とするところは、双指向性機能を有するコンデンサマイクロホンを提供することであり、さらに、高性能、かつ量産性に適したコンデンサマイクロホンを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
問題点を解決するにあたり固定電極の両面、つまり前面、および裏面に略同軸状の振動膜を装着し、電界効果トランジスタ、抵抗その他の回路素子により構成されるインピーダンス変換回路等を前記２枚の振動膜および固定電極の外側に配置し、前記固定電極の前面、および裏面に装着した夫々の振動膜の信号を夫々任意に制御できるようにした。
【００１５】
すなわち、この発明のコンデンサマイクロホンは、固定電極の前面側および裏面側に夫々振動膜を対向配置し、前記固定電極および振動膜の外周側に前記固定電極と夫々の振動膜との間の静電容量の変化を電気信号に変換するインピーダンス変換回路を配置したものである。
【００１６】
また、この発明のコンデンサマイクロホンは、固定電極を筒状部の上部にフランジが設けられ下部に底面が設けられた有底筒形状に形成し、前記底面の上面および下面に夫々振動膜を対向配置し、前記筒状部の周囲に基板を配置し、前記固定電極の底面と夫々の振動膜との間の静電容量の変化を電気信号に変換するインピーダンス変換回路を前記基板に設けたものである。
【００１７】
また、前記各コンデンサマイクロホンにおいて、前記振動膜をエレクトレット誘電体膜で形成したものである。
【００１８】
また、前記各コンデンサマイクロホンにおいて、前記夫々の振動膜からの信号を夫々任意の変換特性により処理するものである。
【００１９】
また、前記各コンデンサマイクロホンにおいて、前記固定電極に前記振動膜と対向する音響キャビティを設けたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施例であるＥＣＭを示す平面図、図２は同ＥＣＭを示す断面図である。図に示す固定電極１は厚さ０．５ｍｍの有底筒形状の金属板で底面１ａの外周部直径８ｍｍの位置に高さ１ｍｍの円筒部１ｂが形成され、この円筒部１ｂの頂部より外側に向かって水平に延出したフランジ１ｃが形成されている。フランジ１ｃの外径は１０ｍｍである。
【００２１】
プリント基板４は厚さ２ｍｍ、外径１５ｍｍ内径８．１ｍｍのリング状に形成されており、所定の配線パターンが表面および裏面に設けられている。このプリント基板４の内周は固定電極１の円筒部１ｂと嵌合する。
【００２２】
前記固定電極１の底面１ａの前面、図２で示す上方の面の中央部にスペーサ７を介して振動膜２を設置する。振動膜２は従来と同様に樹脂フィルム等にエレクトレット誘電体膜がコートされており、所定の張力が加えられた状態で外周部が振動膜装着リング３に貼り付けられている。
【００２３】
このように振動膜装着リング３が貼り付けられた振動膜２をスペーサ７を挟むようにして固定電極１の底面１ａに押さえ金具５により押さえ付ける。すなわち、押さえ金具５の音穴５ｂの周囲の凸部は振動膜装着リング３を押さえる。また、押さえ金具５の内面はリングクッション８を介して固定電極１のフランジ１ｃをプリント基板４に押さえ付ける。押さえ金具５と後述する押さえ金具６は従来例のカプセル２１の機能を有するものである。
【００２４】
図に示すように、押さえ金具５の外側底部の所定箇所、本実施例の場合、中心線上１８０度分割位置にピン形状の凸部５ａ、５ａを設けてある。プリント基板４には凸部５ａ、５ａに対応した穴４ａ、４ａ…が４ケ所設けられている。つまり、穴４ａ、４ａ…は図に示すようにプリント基板４の中心に対して９０度で分割した位置に設けてある。
【００２５】
押さえ金具５の凸部５ａ、５ａをプリント基板４の対応した穴４ａ、４ａに挿入し、所定の圧力を加えると、押さえ金具５の凸部が振動膜装着リング３に接触し、振動膜２およびスペーサ７は固定電極１に押しつけられ、さらに、固定電極１もリングクッション８を介してプリント基板４に押しつけられる。
【００２６】
プリント基板の凸部５ａ、５ａを挿入した穴４ａ、４ａの周りはプリント配線用の銅箔パターンが設けられているので、押圧状態を維持したまま、銅箔パターンおよび、凸部５ａ、５ａを半田１１で半田付けする。つまり、振動膜２、スペーサ７および、固定電極１は所定の圧力にて機械的にプリント基板４に装着される。
【００２７】
上記組立て行程の後、一体となった押さえ金具５、振動膜２、固定電極１およびプリント基板４を反転し、前記と同様な組立作業を行うと、図２に示すように固定電極１と押さえ金具６とに振動膜装着リング３に貼られた振動膜２が挟まれた状態で振動膜２が装着される。また、プリント基板４と押さえ金具６の間にリングクッション９が挟み込まれた状態で押さえ金具６がプリント基板４に固定される。本実施例の場合、押さえ金具５および６を装着するプリント基板４には押さえ金具５および６の夫々の凸部５ａおよび６ａに対応した穴４ａ、４ａ…が９０度分割で４箇所設けられている。
【００２８】
そして、前記表側振動膜２の装着に２ケ所の穴４ａ、４ａ（１８０度分割）を使用しているので、裏側振動膜２の固定のために残った２ケ所の穴４ａ、４ａを使用する。そして、押さえ金具６の凸部６ａはプリント基板４の銅箔パターンに半田付けされる。以上の組み立て作業が終了すると、固定電極１の前面と背面で、同軸状に振動膜２、２が装着され、当然音穴５ｂ、６ｂも固定電極１の前後に設けられる構造となる。なお、図１の平面図においてプリント基板４の配線パターンは図示を省略している。
【００２９】
図１の平面図に示すように、プリント基板４の両側にインピーダンス変換回路１０、１０を装着した。固定電極１、および固定電極１の前面、および裏面に装着された振動膜２、２はプリント基板４の配線パターンを介し夫々の電界効果トランジスタ、抵抗その他の回路素子により構成されるインピーダンス変換回路１０、１０に接続し、振動膜２、２および固定電極１間の容量の信号はインピーダンス変換されて、夫々の出力端に出力される。
【００３０】
つまり、前後の振動膜２、２について、各々前用および後用の２回路が構成される。従って、この状態で固定電極１を境にして前後両方の振動膜２、２に音圧を受けられる構造となる。このように構成されたＥＣＭのある方向から音が発せられた場合、固定電極１の前面に装着した押さえ金具５に設けられた音穴５ｂを通って進入する音、つまり空気の粗密波により固定電極１の前面の振動膜２が振動すると共に、固定電極１の裏面に装着された振動膜２も裏側押さえ金具６に設けられた音穴６ｂを通って進入する音により振動する。
【００３１】
つまり、固定電極１との間に形成される静電容量変化による音響信号が２系統になり、この信号が前記２回路の電気回路に夫々導かれて夫々の出力端子に到り、この出力端子から出た音響信号を制御することにより、双指向性の機能を得ることが可能となる。また、夫々のインピーダンス変換回路１０、１０の特性を制御することにより、カージオイド特性を得ることも可能となる。
【００３２】
本実施例の場合、固定電極１にはキャビィティを設けなかったが、キャビティを設けることも可能で、このことにより、夫々の振動膜２、２の周波数特性を調整することも可能である。
【００３３】
本実施例の場合、２系統の電気回路に対して夫々、独立したインピーダンス変換回路を設けたが、機能を制限するならば２系統の電気回路から発生した音響信号をｌ個のインピーダンス変換回路にて処理することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば固定電極の前後に振動膜を配置し、各々の振動膜より導き出された２つの音響信号を制御することにより、双指向性機能を有したＥＣＭを得ることが可能であり、しかも、従来のＥＣＭの生産方法をそのまま応用可能である。また、従来例（特開平７−１４３５９５）のごとく、固定電極を２個も使用せず、１個の固定電極のみで可変指向性コンデンサマイクロフォンを得ることが可能となり、かつ双指向性を得るコンデンササマイクロフォンを得ることが可能となる。
【００３５】
従って、安価で品質が安定した双指向性ＥＣＭの提供が可能となる。また、２つの音響信号を制御することにより、双指向性の特性を変化させることも可能で、設計目的に応じたＥＣＭを容易に提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例であるエレクトレット・コンデンサ・マイクロホンを示す平面図である。
【図２】同マイクロホンを示す断面図である。
【図３】従来のエレクトレット・コンデンサ・マイクロホンの例を示す平面図である。
【図４】同マイクロホンを示す断面図である。
【符号の説明】
１　固定電極、１ａ　底面、１ｂ　円筒部、１ｃ　フランジ
２　振動膜
３　振動膜装着リング
４　プリント基板、４ａ　穴
５　押さえ金具、５ａ　凸部、５ｂ　音穴
６　押さえ金具、６ａ　凸部、６ｂ　音穴
７　スペーサ
８　リングクッション
９　リングクッション
１０　インピーダンス変換回路
１１　半田
２０　固定電極、２０ａ　音穴
２１　カプセル、２１ａ　前面板、２１ｂ　音穴
２２　固定電極ホルダ
２３　リングクッション
２４　遮蔽板、２４ａ　音穴
２５　インピーダンス変換回路
【図１】
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【図２】
2004140629.tif 000004
【図３】
2004140629.tif 000005
【図４】
2004140629.tif 000006