マイクロフォン

概要

音（空気振動）をダイヤフラム等で受け止め、これを電気信号に変換する機器である。
箱型に多い、ダイヤフラムが筐体内に垂直に立った状態で音を受けるタイプを「サイドアドレス」、円筒の中にダイヤフラムが固定され、概して円筒の軸方向に指向性を持つタイプを「エンドアドレス」と呼ぶ。エンドアドレスマイクは特に「ペンシルマイク」と呼ばれる事もある。円筒形でありながらサイドアドレスタイプというマイクもAKG/TelefunkenのC12などが存在する。
ダイヤフラムの大きさによって、周波数特性・過渡特性や高域での指向特性が異なる。サンケンのCU-41のように口径の異なる複数のダイヤフラムを持ったマイクもある。

ムービング・コイル型

ダイナミックマイク（動電型マイク）の一種で、永久磁石と可動コイルを組み合わせたマイク。可動線輪型。

構造と動作原理

電磁誘導（コイルを永久磁石のそばで振動させ、コイル内の磁束を変化させるとコイルに起電力が発生する）を利用したマイク。
コイルはプラスチックフィルムをドーム状に成形した振動板（ダイヤフラム）に固定されていて、そのダイヤフラムが音波を受けて振動し、磁界内でコイルが動くことにより音声信号を得る。

特徴と応用

機構が単純で電池や電源も不要、丈夫で湿度にも強く、また大音量でも歪みにくい。しかし、コイルを含み振動系の質量が大きいため、高音域には応答しにくく、また歌手が手に持って歌うときに、マイクを握る時に発生する摩擦音や掌の筋肉が発する音などの機械的振動を拾いやすい。この欠点に対処する為にエレメントを防振材で支持するのが一般的であるが、機構的に振動を打ち消す工夫をしたものもある。一般的にはコンデンサマイクよりも特性は劣るが、使いやすく丈夫な点、特有の音質などを買われて、舞台などPAを必要とする場面や、マイクが多少乱暴に扱われるような場面で、ボーカル、ドラム、ギターアンプ等の集音に用いられる。
なお、ダイナミックスピーカーとは構造が同じである。この構造のマイクやスピーカーには入出力の可逆性があり、音声信号を加えればスピーカーとして動作し、音声を加えれば振動により電気が発生しダイナミックマイクとして動作する。ただし、設計とは逆に使うと周波数特性や能率が悪くなる。また、マイクに音声信号を加えると強い電流により恒久的な不具合を起こすため通常はスピーカーとしては利用されない。一方、一部のインターホンやトランシーバー等では、部品数を減らすために、ダイナミックスピーカーをマイクとして兼用している。

リボン型

上記ムービング・コイル型と並ぶ、ダイナミックマイクの一種。永久磁石と可動金属リボンを組み合わせたマイク。

構造と動作原理

ムービング・コイル型では磁界中にコイルを配置するが、リボン型では薄い金属膜（主としてアルミ箔、新しいものでは耐久性の高いカーボンナノチューブによるものもある）を細長くカットし、細かい折り目をつけたリボン状の導体を、磁極の間の細長いスリットに配置する。音声によって導体であるリボン振動体が磁界中で振動することによって、リボンの両端に起電力が生じ、音声信号が得られる。

特徴と応用

リボンが折り目を付けてゆるく張られているため、人の息など「吹かれ」と呼ばれるノイズや振動に弱い反面、振動系が軽くて動きやすい為、低音域から高音域の音に良く反応し、広い周波数帯域を持つ。音質が柔らかい事から、音声や和楽器、弦楽器などの集音に好んで使われる。

速度型マイク

リボンの両面が空間に開放されているタイプは、リボン面に垂直な両側の方向からの音に対して高い感度を示し、面に平行な方向からの音に対しては感度が著しく低い、いわゆる両指向性を示す。リボン振動体はその両側の音圧差により振動し、リボンの振動速度及び出力電圧は空気の粒子速度に比例する。空気の振動速度に比例する電圧が生ずることから、速度型マイクに分類される。ヴェロシティマイク（ベロシティマイク）と呼ばれる所以である（指向性の実現法参照）。
非常にデリケートな構造を持ち、扱いに注意が必要なことや、形が大きく重いこと、出力インピーダンスが低く音声から電流への変換効率も低いことから近年は殆ど生産されていなかったが、ここ数年はその良さ（繊細な音）が見直され、高価な製品から安価な製品まで比較的多種の製品が製造されるようになっている。

コンデンサ型

コンデンサの原理を応用したもの。

構造と動作原理

互いに平行な2枚の金属板を近接させるとコンデンサになる。その一方をダイヤフラム（蒸着などにより金属を貼り付けたプラスチックフィルム、または金属薄膜）に置き換えると、振動に応じて電極間の距離が変わるため、音声信号に比例した静電容量の変化が発生する。高抵抗を介して電極間に直流電圧をかけると、静電容量の変化をそれに比例した電圧の変化として取り出すことができる（コンデンサマイクロホンカプセル）。
カプセル自体の出力インピーダンスが高いため、コンデンサマイクの電気的な出力を効率的に取り出す為には、インピーダンスを変換するための前置増幅器（プリアンプ）が必要である。インピーダンス変換素子としては真空管、電界効果トランジスタ(FET)などの極めて高い入力インピーダンスをもったものが用いられ、これは一般にカプセルの近傍に置かれる。
ダイヤフラムと対向する金属板（背極、バックプレート）との間の距離は、一般的に数十μmで、電気容量は数10pF程度である。金属板には全面に渡って小さな穴を開けて空気の流通を妨げないようにし、ダイヤフラムが振動しやすくなっている。ダイヤフラムは加わる電圧によって金属板に吸着しないように、一定の張力をかけて保持されている。そのため、コンデンサマイクロホンの振動系は高域に共振周波数を持つ。中には共振周波数が可聴帯域にあるものもあり、マイクの個性の一つとされている。
以上の「DCバイアス」方式でダイヤフラムに作用させていた直流電圧をMHz帯の低電圧高周波に置き換えたものが「HF(High Frequency)バイアス」、「RFバイアス(Radio Frequency)バイアス」と呼ばれる方式である。振幅や周波数の変調を可聴周波数の音声に変換するので雑音を抑えつつ周波数帯域の上限を伸ばす事が出来る、DCバイアスでは絶縁を保てない多湿な環境や雨天でも性能が落ちないなど有利な点が多い。

特徴と応用

ダイヤフラムは一般に数μmの厚みしかなく、非常に軽いので、応答が非常に速くクリアな音質に特徴がある。また、ダイヤフラムの振動を制御しやすい構造の為に、比較的簡単に平坦な周波数特性が得られる。一方で増幅回路を含む為、大音量で歪むことがある、温度や湿度の影響で雑音が発生しやすいなどのデリケートな部分もあるが、技術的に改良を加えてより過酷な条件での使用に耐える製品もある。大音量時の歪に対しては、マイク内部で信号を減衰させるスイッチ(Pad)をもったものもある。また指向性を変えられるものもある。
主な用途は音響測定や録音、あるいは各種機器へ組み込むなど小型化が求められる場合等である。音楽を高品位で収録する場合に使用されることが多い。スタジオなどではボーカル、弦楽器、金管楽器にしばしば利用される。逆に野外や舞台などPAでの使用では制限を受ける。

エレクトレットコンデンサマイク

コンデンサマイクには、前述のようなダイヤフラムに外部から直流電圧をかける方式の他に、ダイヤフラム、背極またはバックチャンバにエレクトレット素子（半永久的に電荷を蓄える高分子化合物）を用いたエレクトレット方式がある。背極にエレクトレット素子をもつものは、ダイヤフラムの材質に制限がないので特性的に有利である（バックエレクトレット方式）。この方式を用いたスタジオ用マイクロホンも多数存在する。
また、汎用電子部品として、FETを用いたインピーダンス変換器を内蔵したエレクトレットコンデンサマイクモジュールが販売されており、各種製品に広く用いられている。この種のモジュールは外部から抵抗を介して直流電圧を印加するだけで、容易に音声信号を得ることができる。安価なヘッドセット、マイクなどはほとんどがこのタイプである。これを用いてマイクを自作する人もいる。

電源供給法

エレクトレット方式の場合は、高い直流電圧の供給が不要となるが、いずれにせよ増幅器を内蔵しているため、コンデンサマイクは一般に直流電源を必要とする。電源供給は、本体に乾電池を入れるものや、本体には電源回路を持たずに外部の専用電源を利用するもの、ミキサーやマイクプリアンプ等からマイクケーブルを通して供給する方式（Phantom（ファントム、ファンタム）電源方式）がある。ファントム電源は多くの場合48V、消費電流は最高14mAで、規定の抵抗値を持ったブリーダ抵抗を介して平衡接続端子のHOT及びCOLDと、GNDの間に印加される。
回路の破損原因になるためダイナミックマイクにファントム電源を掛ける事は基本的に厳禁である。しかし21世紀に入るとファントム電源で駆動する小型の増幅器を搭載して低出力やインピーダンスの問題を解消した「アクティヴ・リボンマイク」、ファントム電源を掛けた信号経路に挿入し20dB以上の増幅を行う「インライン・プリアンプ」がそれぞれ複数機種登場し、コンデンサーマイク以外の方式でもファントム電源を要求する場合が出て来ている。
増幅器に真空管を用いたモデルは概ね外部電源に拠っており、付属の専用電源ユニットによって内蔵増幅器や真空管のヒーター電力、成極電圧に信号と別回路で高い電圧が供給される。DPA（旧B&K）の製品でも通常3極のキャノン端子に4極を用いて130V、7極を用いて190Vの成極電圧を、音声と別回路で供給する製品があった。
民生用途、例えばパソコンに接続するマイクや民生向けポータブル録音機器、家庭用ビデオカメラ、アマチュア無線用などでは「プラグインパワー」や“接続ケーブル供給”方式が用いられている。数Vから十数Vであり、接続も不平衡である。
商用電源からの整流、バッテリーからの昇圧のいずれによっても、ファントム電源生成の回路自体が微弱な音声信号を汚すノイズ源になり易く、インピーダンス整合やノイズ対策が欠かせない。

カーボンマイク

炭素粉の接触抵抗の変化を利用したマイク。

構造と動作原理

板状の2枚の電極の間に炭素の粉を入れた構造になっている。一方を固定電極、もう一方を可動電極にして、電極間に直流電流を流しておくと、音声（空気振動）により可動電極が振動し、電極と炭素の粉との接触抵抗が変化する為、両端に音声に比例した電圧の変化、すなわち音声信号が得られる。コーン型のダイヤフラムの中央部に可動電極を設けて、音声から電気信号への変換効率を高めたものもある。
頑丈であり、感度は非常に高いが、炭素粉の接触圧-抵抗変化を利用している為に音が歪みやすい。

特徴と応用

用途は広く、ダイナミックマイクが発明され普及するまで、レコードの録音や、アナウンサーや音楽の集音用として放送局でも使われていた。ダイナミックマイクが普及しても、有線・無線での会話の伝達用としては十分な音質であり、増幅することなく使用できることもあり、黒電話（600型電話機）や公衆電話、無線機の送話器に広く使われていた。

圧電マイク

圧電効果を利用したマイク。

構造と動作原理

強誘電体などでできた圧電素子を電極で挟み、圧力をかけると圧電効果で電力が得られる。これを利用し、音声（空気振動）により電極を振動させ、電極から音声信号を得る。感度は非常に高いが出力電力は小さい。

特徴と応用

古くからロッシェル塩（酒石酸カリウムナトリウム）が利用され、クリスタルマイクとも呼ばれた。原理的に全く同じ構造でスピーカやイヤホンも作れるが、それらと共用の圧電素子を利用したものでは近年は結晶ではなくセラミックを利用したものが多くセラミックマイクとも呼ばれる。ラペル形マイクは現在でもクリスタル使用している。高分子化合物を材料にした圧電素子もある。どれも圧電型マイクの特性として3～5kHzをピークとする周波数特性を描く。この特性は無線機などのスピーチ用として明瞭度をあげる効果があり、主として帯域が限られている状況での通話時に好ましいとされる。
特有の周波数特性を生かし無線通信、コンクリートマイク等に使われている。

レーザーマイク

レーザー光によって空気の振動を捕らえる。

構造と動作原理

レーザー光を使用して音声振動による光の揺らぎを受光素子で検出して復調する。ドップラー効果による物や、干渉計による物など複数の形式が存在する。

特徴と応用

従来型のマイクの使用が困難な環境下、状況下での使用が想定される。
この他、振動板を用いずプラズマを発生させ発振させた空気に音波を当て、変調音波を取り出す「イオンマイク」或いは「プラズママイク」を2008年からオーディオテクニカが研究中である。周波数によりノイズの特性が偏っているものの、可聴周波数帯域ではフラットな特性を得ている。同社は富山大学とともに、RFコンデンサーマイクの発振バイアスを直接ΔΣ変換しデジタル音声を抽出する、1bitデジタルマイクのハイレゾ化技術も研究している。

スタンドマイク

固定型（据置型）の無線機に用いるマイクで、机の上に置いて使う。後述のPTTスイッチが付いている。無線通信に適した音質になるように、コンプレッサ、フィルタ回路等が付いていることがある。なお、「スタンドマイク」という呼称はしばしば、床置型マイクスタンドに設置されたマイクに対する俗称としても用いられる（卓上に置かれるのは「デスクマイク」とも呼ばれる）。

ボーカルマイク

ステージボーカルには、耐久性があり、吹かれに強く、低域をロールアウトした特性を持つ単一指向性マイクが適する。シュアのSM58が有名である。

骨伝導マイク

人体の頭部または頚部に直接接触させ、音声を拾う装置。空気中の音波を拾うわけではないから、むしろコンタクトピックアップの一種だが、便宜上マイクと呼ばれる。携帯電話、無線通信、ライダーやドライバーの交信など、騒音下でも小さな声を確実に捕らえる必要がある場合に用いる。

コンタクトマイク

音源に直接取り付けて使用するマイク。主に管楽器のホーン部、弦楽器の音孔の縁に取り付けて使われる。演奏を阻害しないよう小型にする必要があるためエレクトレットコンデンサー型が多い。
また、これとは別にコンタクトピックアップと呼ばれるものもあるが、これは空気振動ではなく音源の振動を直接電気信号に変換するもので、マイクロフォンとは区別される。

水中マイク

水中に投入して使用することを前提に開発されたマイク。海中生物の生態調査等に利用される。

接話型マイク

口元に極近いところで利用することを前提に指向特性、周波数特性、感度を調整し、目的の声以外の音を拾いにくくしたマイク。
小型マイクユニットを2個内蔵し逆相接続されているものがある。口元からの距離に対する2個のマイクユニット間距離により個々のマイクユニット出力に無視できない位相差が出やすく、逆相接続でも位相差分が出力として得られる。これに対し周囲雑音は発生源位置が2個のマイクユニット間の距離に比して遠く、同相で個々のマイクユニットに届くため逆相接続によって相殺されやすい。

ラベリアマイク

俗に「タイピンマイク」と呼ばれる、クリップで衣服に取り付けて声を拾う小型マイク。話者が小型の無線送受信機を携え、音響機器に音声を飛ばすワイヤレスタイプが増えている。「コンタクトマイク」もラベリアマイクの一種である。この節全般に言えるが、分類はメーカー、販売業者、利用者によってまちまちであることに注意したい。

バウンダリマイク

バウンダリマイク（Boundary Microphone ）、PZM（Pressure Zone Microphone ）は、壁、床面等に貼るマイク。反射音の干渉が減り感度が高くなる。小型にする必要があるためエレクトレットコンデンサー型が多い。、バウンダリマイクは正方形や三角形の板の中央に全指向性のマイクが埋め込まれている構造である。対してPZMは板に少し隙間を設けてマイクを取り付けて一度板に反射した音声を突起部内下向きに設置したマイクが集音する仕組であり、狭い空間の奧にマイクユニットを置いて反射音の影響をなくそうという構造をしている。指向性は半球型となっている。
背丈が低いので、目立たないという利点もある。
壁面に埋め込むタイプもある。

防水マイク（防雨マイク）

野外や湿気の多い場所で使用することを前提に開発されたマイク。一部の製品は浅い深度での水中で使用可能な物もある。野外（特に荒天下）、プールサイド等での利用を前提にしている。

コンクリートマイク

分厚い壁の表面に取り付けることで、壁越しに音を聞くことのできるマイク。警察や探偵等が情報収集や犯罪調査で利用する。

ワンポイントステレオマイク

本来、ステレオ録音するためには、個別のマイク2本を2本のスタンドに取り付けたり、ステレオバーに取り付けて1本のスタンドに組み込むことで行ってきたが、一本の主軸に2つのマイクエレメントを組み込むことで、1本のマイクと同様の扱いやすさを可能にしたマイク。マイクエレメントの中心位置を同一軸に組み合わせるXYステレオ方式やMSステレオ方式のものがほとんどである。前者はエレメントを回転させてダイヤフラムの角度を調節できたり、ハンディレコーダー用には外側に傾けてABステレオ方式に切り替えられるものもある。MSステレオ方式は各マイクの信号レベルを簡易的に調節できるものもある。ノイマンのSM69、サンケンのCMS-2など有名機種が多い。さらに発展させた形式として、サラウンド収音用や、VR動画の流行を追うようにして登場したVR音響のマイクも存在する。その他、マイク間に20cm以内の距離を持たせたラジオ・フランス(ORTF)方式は同じマイク2本とスタンドへの取り付けで対応される事が多い中、SCHOEPSのMSTC64Uがあり、Superlux S502というほぼ同じ外見を持つ製品も生産されている。ヘッドフォン聴取を前提としたバイノーラル収音用途に人間の頭部、あるいは胸部から上を模したバッフルの耳部分にマイクエレメントを埋め込んだ「ダミーヘッド・マイクロフォン」も一種のステレオマイクである。直径20cmの球体の両端にマイクエレメントを配したKFM6(SCHOEPS)、BS-3D(T.H.E.Audio)はダミーヘッド方式から派生したバウンダリーマイクと言えるだろう。
用途としては、小柄で軽量であることが売りとなるペンシルタイプやテーブルスタンド用もさることながら、さらに小ささが求められるラベリアマイク（タイピンマイク）、1本の位相管にまとめられるステレオショットガンマイク、機動性が重要なハンディレコーダやビデオカメラ、スマートフォン、デジタル一眼レフカメラ用など、非常に多彩である。

ヘッドセット

スピーカーとマイクが一体型になっており、通信に用いられる。ヘッドセット (音響機器)を参照。ハンドセットはいわゆる“電話機の受話器”である。

保管

高温多湿を避けるのが基本である。廉価なものを除いて、マイクロフォンには専用のマイクケースが付属しているので、それを利用することが多い。特に、コンデンサ型は湿気により音質が変化するので保管には注意する。デシケータと呼ばれる除湿容器を用いることもある。業務用などで多量のマイクを保有する場合にはマイク用に設計されたキャリングケースを用いるとよい。

マイクテスト

音声(後述)、または楽器演奏の音を集音し、スピーカーやヘッドフォンから出力される音を確認するのが通常である。通常、「マイクの調整」と呼ばれるがごく一部を除いてマイク自身の特性を変えてしまうことはなく、伝送系の途中に挿入されたイコライザなどで周波数特性を調整する場合が殆どである。
ドラムセットなど、狭い空間に多くのマイクを設置してミキシング・コンソールとの接続がわかりにくい場合などは、ウインドスクリーンを爪でガリガリと引っ掻いて確認するガリ送りと呼ばれる方法を用いる。
マイクテストで使われる音声の決まり文句として「あ、あ、あ」「ただいまマイクのテスト中」「本日は晴天なり」がしばしば用いられる（無線通信ではこの「本日は晴天なり」との語句を使うべき事が総務省令無線局運用規則で定められている）。これは英語の"It's a fine day."を直訳したものとされている。
教育を受けた音響オペレータがマイクのテストならびに調整を行う際は、目的の周波数成分に応じた声を発して、それを聞いて作業する。よく使われる文言は下記の通りであるが、この通りにしなくてはならないという決まりはなく、これ以外の文言または普通の会話や歌声で調整するオペレータもいる。
マイクテストの文言の例
「マイクテスト」（そのまま）、「テスト」、「チッチッチッ」（舌打ち。主に高域）、「チェック、チェック」「ハー、ハー」「ワン、ツー、スリー、フォー」（これは英語圏にも多い）、「ハロー」「ヘイ、ヘイ」（以上、主に中高域）、「ロウ、ロウ」（主に低域）「ハッ、ハッ」。
なお、音響機器の取り扱いを知らない人がしばしば行う「テスト」として、マイクロフォンを叩いたり、息を吹きかけたりすることがあるが、これらは振動板に衝撃を与えるとともに、アンプで増幅された衝撃音がスピーカーを破損させることがある。