(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一指向性で２０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの帯域をカバーする広帯域指向性マイクロホンであって、
同軸上同方向に離間して配置した同一構成の２つのマイクロホンカプセルと、
前記２つのマイクロホンカプセルの各出力信号を各別に増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅した各々の信号を加算する加算手段とを備え、
前記２つのマイクロホンカプセルの各々は、前記帯域内で正面方向感度として第１のピーク及び第２のピークを生じさせる円形の開口形状を有し、
前記２つのマイクロホンカプセルの円形の開口形状は、前記第１のピークのピーク周波数がほぼ、音速／マイクロホンカプセルの前記円形の開口形状の直径、となるように、且つ、前記円形の開口形状の直径が前記第２のピークのピーク周波数波長のほぼ３倍の長さとなるように、予め定められており、
前記２つのマイクロホンカプセルの離間距離は、前記円形の開口形状の直径のほぼ１／２となるように予め定められていることを特徴とする広帯域指向性マイクロホン。
【請求項２】
前記増幅手段により増幅した２つのマイクロホンカプセル出力信号のいずれか一方を、前記加算手段に入力する前に低域通過フィルタリングを施す低域通過フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の広帯域指向性マイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は有指向性（ここでは全指向性以外の指向性を有するという意味で用いる）マイクロホンに係り、特に少ない個数のマイクロホンカプセルで広帯域にわたり平坦な周波数特性を提供する有指向性マイクロホンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
収音する音の帯域が２０Hzから２０ｋHzである従来の単一指向性マイクロホンでは、１つのマイクロホンカプセルで、帯域内ではほぼ平坦な周波数特性の実現が可能であった。更に帯域内での周波数特性、指向特性をより改善するためには中低域および高域に帯域分割した２つのマイクロホンカプセルが必要であった。
しかし、現在の最新の音響機器ではすでに２０Hzから２０ｋHzまでの帯域が要求されており、このため、マイクロホンもそれに対応することが要求されている。
【０００３】
まず例として単一指向性マイクロホンを得る技術として、２通りの手法を示す（図１、図２参照）。図１は単体の単一指向性マイクロホンカプセル１を用いたブロック線図で、図２は全指向性マイクロホンカプセル２つ２，３を用いた場合のブロック線図である。図１の単体の場合、２０Hzから１００ｋHzまでの帯域を実現しようにも、マイクロホンカプセルの大きさと周波数との関係に起因した回折効果（１）のため、マイクロホンカプセル１の外径が８ｍｍ程度の場合でも２０ｋHz以上で周波数特性に大きな起伏が発生し、マイクロホンの正面と正面以外とでは音質が大きく異なる現象が生じる。この影響をなるべく小さくするにはマイクロホンカプセルの外径を３ｍｍ以下程度の超小型にする必要がある。しかし、この大きさでは感度が小さくなり、S/Nも十分とれないため、良好な収音は不可能である。また、図２のように全指向性マイクロホンカプセル２つ２，３を用いて指向性を持たせる方法は既知の技術であるが（２）、この方法も高域での指向特性の劣化と、同じく高域での回折効果により所望の特性は得られない。
【０００４】
現在考えられている解決策としては、図３に示すように、中低域４と高域５と更に超高域６の各帯域を分割して受け持つ単一指向性マイクロホンカプセルの出力を合成して広帯域指向性マイクロホンを実現する方法があるが、この場合も超高域での回折効果や反射による音質やS/N の劣化は避けられない。
【０００５】
回折効果の低減方法としては、全指向性マイクロホンカプセルを所定の間隔をあけて音軸方向に同じ向きで前後に配列し、 ２つの信号出力を適切な値で加算することにより、やや大きいマイクロホンカプセルでも高域における回折効果を低減でき、 S/N も劣化しない方法が提案されている（特開平０９−１８２１８４号）。
【０００６】
参考文献
（１）「Acoustical Engineering」  Olson D.Van Nostrand Company,INC.,1957 ,pp17-24
(2) 「オーディオ工学」 中島平太郎, 実教出版（株),1973,pp204-205
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
超高域までの帯域を有する広帯域指向性マイクロホンの実現において解決を要する課題は、▲１▼帯城を広げるために原理的に生じるマイクロホンカプセルの感度低下、更に回折効果による周波数特性の激しい起伏を避けるためのマイクロホンカプセルの超小型化による一層の感度低下と、 これらマイクロホンカプセルの感度低下に基づくS/N の劣化である。
更に▲２▼超高域では音波の波長が短くなるため、障害物による音波の乱れや反射が発生しやすくなる。このため複数のマイクロホンカプセルを用いるとマイクロホンの形状も大きくなり、このような音波の乱れが生じやすくなるので、マイクロホンカプセルの数は極力少ない方が望ましい。
【０００８】
そこで本発明の目的は、少ない個数の単一指向性マイクロホンカプセルで、広い帯域にわたり、平坦な周波数特性を有し、指向性およびS/N の良好な広帯域指向性マイクロホンを提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明広帯域指向性マイクロホンは、単一指向性で２０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの帯域をカバーする広帯域指向性マイクロホンであって、同軸上同方向に離間して配置した同一構成の２つのマイクロホンカプセルと、前記２つのマイクロホンカプセルの各出力信号を各別に増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅した各々の信号を加算する加算手段とを備え、前記２つのマイクロホンカプセルの各々は、前記帯域内で正面方向感度として第１のピーク及び第２のピークを生じさせる円形の開口形状を有し、前記２つのマイクロホンカプセルの円形の開口形状は、前記第１のピークのピーク周波数がほぼ、音速／マイクロホンカプセルの前記円形の開口形状の直径、となるように、且つ、前記円形の開口形状の直径が前記第２のピークのピーク周波数波長のほぼ３倍の長さとなるように、予め定められており、前記２つのマイクロホンカプセルの離間距離は、前記円形の開口形状の直径のほぼ１／２となるように予め定められていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに本発明広帯域指向性マイクロホンは、前記増幅手段により増幅した2つのマイクロホンカプセル出力信号のいずれか一方を、前記加算手段に入力する前に低域通過フィルタリングを施す低域通過フィルタを更に備えることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
超広帯域まで平坦な周波数特性を保った有指向性マイクロホンを実現するためには、まず単体の有指向性マイクロホンカプセルの振動膜のスティフネスを強めたり、あるいは等価質量を軽くして共振周波数を超高域まで伸ばす必要がある。この時、単体での感度低下は避けられないが数dB程度にとどめる(11 →12，図４（ａ）) 。また、100 kHz までの帯域を目標とする超広帯域マイクロホンにおいて、所要のS/N を得るにはある程度以上の大きさを要するマイクロホンカプセルが必要となるが、その場合にはマイクロホンカプセルの外径を13mmとした場合の例として図４（ｂ）に示すような回折効果による周波数特性の起伏が２つ以上帯域内に発生することとなる（13）。
【００１３】
本発明では有指向性マクロホンカプセルを２個使用し、その出力を加算することにより感度を6dB 高くすることでS/N を3dB 改善できる。本発明の実施例として、 100 kHz までの帯域を目標とすることにより、回折効果の第２のピークを100 kHz 付近に設定する。そのためにマクロホンカプセルの外径を10.5ｍｍに設計した。この場合のマイクロホンカプセル単体の周波数特性は、回折効果により図４（ｃ）に示す起伏を生じる（15）。なぜなら、マイクロホンカプセルの開口形状が円形の場合、回折効果による起伏のうち、第１のピークのピーク周波数は音速／マイクロホンカプセルの外径寸法（即ち、前記円形の開口形状の直径）となり、第２のピークのピーク周波数は第１のピークのピーク周波数の約３倍の周波数となるからである。すなわち、第２のピークのピーク周波数を100kHz付近に設定することは、マイクロホンカプセルの外径寸法を100kHzの音波の波長のほぼ３倍の長さにすることに等しい。ここで32kHz に生じる特性の山は２つの有指向性マイクロホンカプセルを指向性の主軸方向で前後に所定の間隔（円形のマイクロホンカプセルの半径と等しい距離）をおいて配置し、２つのマイクロホンカプセルの出力を所定の割合で加算し、位相差を利用して回折効果を減衰させることによって、ほぼ平坦な周波数特性とすることができる。
【００１４】
97kHz 付近に生じる特性の山は以下の方法により平坦にする。
前述のように、帯域を広く設定するとマイクロホン感度が低下するため、本発明ではマイクロホンカプセルの外径はそのままのサイズで、例えば振動膜と背電極間の空隙長や、振動膜のスティフネスを調整することにより、マイクロホンカプセル単体の帯域を100 kHz より狭く設定する（約70kHz ）。 その結果、単体のマイクロホンカプセルにおいて回折効果による32kHz 付近の山は残るが、97kHz 付近の山は平坦（18）となる。超高域ではマイクロホンカプセル単体の回折効果による感度の上昇を利用し、正面以外では回折効果による感度上昇が少ないことを利用して、より鋭い指向性を得る。
以上の方法により、図４（ｄ）に示すように平坦な周波数特性と高感度（優れたS/N を有する）と超高域まで所要の指向性を有する有指向性超広帯域マイクロホン（17）の実現が可能となる。
【００１５】
以下添付図面を参照し実施例により本発明の実施の形態をより具体的に説明する。本発明に基づくマイクロホンの実施例を図５のブロック線図で示し、図６でマイクロホンの基本的な構造を示す。図５において、用いるマクロホンカプセルは単一指向性で超広帯域をカバーする特性を持つ（ただし、単体での超高域での特性は、回折効果によって目的とする平坦な周波数特性、及び指向特性は得られない) 。そして前方指向性カプセル21と後方指向性カプセル22を、同軸上に同方向でカプセルの半径の距離を置いて配置する。次に一方のマイクロホンの出力信号を周波数特性調整用の低域通過フイルタ23に介して後加算24することにより、超高域での回折効果による周波数特性の起伏をさらに少なくすることが可能となり、平坦な周波数特性、必要とする指向特性を得ることが出来る。なお低域通過フィルタ23はあくまで周波数特性の平坦化のためのものであり、そのため必要に応じて加除可能な回路である。また、低域通過フィルタに代わりカットオフ周波数の調整を行うことでも目的の周波数特性を得ることができる。
【００１６】
上記事項を更に詳細に説明すると、単体のマイクロホンカプセル21または22では、回折効果により超高域での正面特性に大きな起伏を生じる（31, 図７（ａ））。そこで、全く同じ２つの単一指向性マクロホンカプセル21,22 を同軸上に同方向で配置し、その距離を調整すると、マイクロホンカプセル間の距離がほぼカプセルの半径に相当する長さのとき、超高域周波数帯では位相差により２つのマイクロホン出力がうち消し合うため正面感度が低下し、同時に横方向の感度は低下しない。すなわち上記の配置の場合は回折効果と逆の特性を示すため、単体のマイクロホンの場合の特性と打ち消し合って、所望の平坦な単一指向性の周波数特性が得られることとなる（33, 図７（ｂ））。
【００１７】
【発明の効果】
超高域まで収音出来るマイクロホンを実現するには、いくつかの難題がある。その主なものは▲１▼超高域までの帯域を実現すると、マイクロホンカプセル感度が低くなる。 ▲２▼回折効果により高域乃至超高域の周波数特性に大きな起伏があらわれ、正面と正面以外の音質に差が生じる。 ▲３▼回折効果の影響を小さくするのにマイクロホンカプセルを超小型化すると、感度が低下しS/N も劣化する。 ▲４▼従来の設計法ではスリーウェイまたはフォーウェイとなり、マイクロホンが大きくなり超高域では音場の乱れが発生する。
これらの問題は、マイクロホン構成に本発明を採用することにより解決され、広帯城マイクロホンが比較的容易に実現でさる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の単一指向性マイクロホンのブロック線図（単体のマイクロホンカプセルを用いた場合）。
【図２】  従来の単一指向性マイクロホンのブロック線図（２個のマイクロホンカプセルを用いた場合）。
【図３】  帯域分割したマイクロホンのブロック線図。
【図４】  種々のマイクロホンの周波数特性を示す図で、（ａ）は従来のマイクロホン（11）と帯域を伸ばしたマイクロホン（12）の予想される周波数特性、（ｂ）はマクロホンカプセルの外径が13ｍｍの場合の周波数特性（正面（０度）13と横方向（90度）14）、（ｃ）はマイクロホンカプセルの外径が10.5ｍｍの場合の周波数特性（正面（０度）15と横方向（90度）16）、（ｄ）はマイクロホンカプセルの外径が10.5ｍｍの場合の本発明によるマイクロホンの周波数特性（本発明正面特性17と単体での正面特性18）を示す図。
【図５】  本発明のマイクロホンのブロック線図。
【図６】  本発明のマイクロホンの基本的な構造図。
【図７】  比較のために示された周波数特性図で、（ａ）は単体のマイクロホンカプセルの周波数特性、（ｂ）は本発明によるマイクロホンの周波数特性を示す図。
【符号の説明】
１：単一指向性カプセル
２：前方全指向性カプセル
３：後方全指向性カプセル
４：中低域用単一指向性カプセル
５：高域用単一指向性カプセル
６：超高域用単一指向性カプセル
２１：前方指向性カプセル
２２：後方指向性カプセル
２３：低域通過フィルタ
２４：加算器
２５：ヘッドカバー
２６：電子回路
２７：マイクロホンケース
２８：出力コネクタ
【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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