JP3512982B2 - Ｓｏｄマイクロホンを含む装置 - Google Patents
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- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only
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- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２次微分（ＳＯ
Ｄ）マイクロホンに関する。
Ｄ）マイクロホンに関する。
【０００２】
【従来の技術】２次微分（ＳＯＤ）マイクロホンが、１
次微分（ＦＯＤ）または０次微分（圧力）マイクロホン
と比べて、その優れた雑音キャンセル特性のために、長
い間認められてきた。動作するＳＯＤマイクロホンの実
現は、W.A.Beaverson およびA.M.Wigginsによる"A Seco
nd Order Gradient Noise Cancelling Microphone Usin
g a Single Diaphragm,"J.Acoust, Soc. Am.,22(1950),
pp.592-610およびA.J.Brounsによる"Second Order Grad
ient Noise Cancelling Microphone," IEEE Internatio
nal Conference on Acoustics, Speech and Signal Pro
cessing,(May 1981),pp.786-789に開示されている。
次微分（ＦＯＤ）または０次微分（圧力）マイクロホン
と比べて、その優れた雑音キャンセル特性のために、長
い間認められてきた。動作するＳＯＤマイクロホンの実
現は、W.A.Beaverson およびA.M.Wigginsによる"A Seco
nd Order Gradient Noise Cancelling Microphone Usin
g a Single Diaphragm,"J.Acoust, Soc. Am.,22(1950),
pp.592-610およびA.J.Brounsによる"Second Order Grad
ient Noise Cancelling Microphone," IEEE Internatio
nal Conference on Acoustics, Speech and Signal Pro
cessing,(May 1981),pp.786-789に開示されている。
【０００３】最近では、実際的なＳＯＤマイクロホン設
計が、米国特許第５，５１１，１３０号（C.Bartlett a
nd M.A.Zuniga, 1996.4.23発行）"Single Diaphragm Se
condOrder Differential Microphone Assembly"に示さ
れている。ＳＯＤマイクロホンのこれらの様々な具現化
において、密閉容器内の音響ポートおよびダクトは、包
囲圧力場をサンプルし、音響エネルギーを、たとえば可
動コイルのような検出エレメント、圧電変換器または箔
エレクトレット・ダイアフラムへ導くために使用され
る。
計が、米国特許第５，５１１，１３０号（C.Bartlett a
nd M.A.Zuniga, 1996.4.23発行）"Single Diaphragm Se
condOrder Differential Microphone Assembly"に示さ
れている。ＳＯＤマイクロホンのこれらの様々な具現化
において、密閉容器内の音響ポートおよびダクトは、包
囲圧力場をサンプルし、音響エネルギーを、たとえば可
動コイルのような検出エレメント、圧電変換器または箔
エレクトレット・ダイアフラムへ導くために使用され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの設計
において、ダクト長と関連して、所定の適用例における
設計上の制約のために、望ましくない音響的共振が、音
声伝達の周波数帯域（たとえば、電話に対して、２００
〜３５００Ｈｚ）内に入る可能性がある。上記の米国特
許第５，５１１，１３０号中に説明されているように、
ＳＯＤ出力信号の音声応答における音響的共振を有効に
補償するために、電子的フィルタが使用できる。しか
し、そのような補償フィルタの設計が簡単であったとし
ても、追加的に必要とされる回路の複雑さを最小化し、
または、可能である場合には、この回路を完全に除去す
ることが有利である。
において、ダクト長と関連して、所定の適用例における
設計上の制約のために、望ましくない音響的共振が、音
声伝達の周波数帯域（たとえば、電話に対して、２００
〜３５００Ｈｚ）内に入る可能性がある。上記の米国特
許第５，５１１，１３０号中に説明されているように、
ＳＯＤ出力信号の音声応答における音響的共振を有効に
補償するために、電子的フィルタが使用できる。しか
し、そのような補償フィルタの設計が簡単であったとし
ても、追加的に必要とされる回路の複雑さを最小化し、
または、可能である場合には、この回路を完全に除去す
ることが有利である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】補償回路の必要性を減少
または除去する１つの方法は、音響ダクトが導かれる音
場を音響的にろ波するよう修正し、マイクロホンの２次
微分特性を維持するように、望ましくない音響的共振を
受動的に補償することことである。我々は、包囲音圧を
マイクロホンエレメントの前面および背面に導くダクト
に関連づけられた共振を除去するために、音響フィルタ
を使用する改良された単一ダイアフラムＳＯＤマイクロ
ホンを発明した。
または除去する１つの方法は、音響ダクトが導かれる音
場を音響的にろ波するよう修正し、マイクロホンの２次
微分特性を維持するように、望ましくない音響的共振を
受動的に補償することことである。我々は、包囲音圧を
マイクロホンエレメントの前面および背面に導くダクト
に関連づけられた共振を除去するために、音響フィルタ
を使用する改良された単一ダイアフラムＳＯＤマイクロ
ホンを発明した。
【０００６】包囲音に対する本発明のマイクロホンの応
答は、共振が実質的に無いようにすることができる。結
果として、このマイクロホンは、共振の影響を除去する
ために、他の場合に必要とされた追加的な電子的フィル
タリングをほとんど必要としないか、あるいは全く必要
としないことになる。また、受動的音響フィルタリング
に適応する特徴を有する場合にも、我々のＳＯＤマイク
ロホンの実施形態は、容易に大量生産可能であるという
利点を保持する。
答は、共振が実質的に無いようにすることができる。結
果として、このマイクロホンは、共振の影響を除去する
ために、他の場合に必要とされた追加的な電子的フィル
タリングをほとんど必要としないか、あるいは全く必要
としないことになる。また、受動的音響フィルタリング
に適応する特徴を有する場合にも、我々のＳＯＤマイク
ロホンの実施形態は、容易に大量生産可能であるという
利点を保持する。
【０００７】本発明の一実施形態において、ＦＯＤマイ
クロホンエレメントが前室および後室のそれぞれと連通
し、２つのポートが前導管により前室と連通し、２つの
ポートが後導管により後室と連通する種類のＳＯＤマイ
クロホンに関する。従来技術によるＳＯＤマイクロホン
と対照的に、我々のマイクロホンは、マイクロホンの望
ましくない共振の音響エネルギーを消散させるための第
１および第２の分岐導管をさらに含む。第１の分岐導管
は、前導管と連通し、第２の分岐導管は、後導管と連通
している。
クロホンエレメントが前室および後室のそれぞれと連通
し、２つのポートが前導管により前室と連通し、２つの
ポートが後導管により後室と連通する種類のＳＯＤマイ
クロホンに関する。従来技術によるＳＯＤマイクロホン
と対照的に、我々のマイクロホンは、マイクロホンの望
ましくない共振の音響エネルギーを消散させるための第
１および第２の分岐導管をさらに含む。第１の分岐導管
は、前導管と連通し、第２の分岐導管は、後導管と連通
している。
【０００８】本発明の特定の実施形態において、これら
分岐導管の各々は、望ましくない共振の１／４波長にほ
ぼ等しい長さを有する。所定の実施形態において、この
長さは、分岐導管をその対応する前導管または後導管に
連結する小さなネックを含む。本発明の他の実施形態に
おいて、分岐導管の各々は、ヘルムホルツ（Helmholt
z）共振器の一部をなす。各ヘルムホルツ共振器は、所
定の体積を有する共振室へ導く短い分岐導管を含む。
分岐導管の各々は、望ましくない共振の１／４波長にほ
ぼ等しい長さを有する。所定の実施形態において、この
長さは、分岐導管をその対応する前導管または後導管に
連結する小さなネックを含む。本発明の他の実施形態に
おいて、分岐導管の各々は、ヘルムホルツ（Helmholt
z）共振器の一部をなす。各ヘルムホルツ共振器は、所
定の体積を有する共振室へ導く短い分岐導管を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】最初に、本発明のマイクロホンと
図１の従来技術によるマイクロホンに共通する特徴につ
いて説明する。図１に示されているように、本発明によ
るマイクロホンは、エレクトレットマイクロホンエレメ
ントのような市販のＦＯＤマイクロホンエレメント１１
が、商業的供給者により提供されるマイクロホンのケー
シングを貫通させる必要なしに容易に挿入される空洞６
を有する密閉容器５を含む。
図１の従来技術によるマイクロホンに共通する特徴につ
いて説明する。図１に示されているように、本発明によ
るマイクロホンは、エレクトレットマイクロホンエレメ
ントのような市販のＦＯＤマイクロホンエレメント１１
が、商業的供給者により提供されるマイクロホンのケー
シングを貫通させる必要なしに容易に挿入される空洞６
を有する密閉容器５を含む。
【００１０】ＦＯＤマイクロホンエレメントを収容する
上述の密閉容器内で、前室と呼ばれる前空洞部６．１
が、ＦＯＤマイクロホンダイアフラムの前側に近接して
形成され（ダイアフラムは、エレメント１１内に収容さ
れており、図示されていない）、同様に、後室と呼ばれ
る後空洞部６．２が、ダイアフラムの後側に近接して形
成される。
上述の密閉容器内で、前室と呼ばれる前空洞部６．１
が、ＦＯＤマイクロホンダイアフラムの前側に近接して
形成され（ダイアフラムは、エレメント１１内に収容さ
れており、図示されていない）、同様に、後室と呼ばれ
る後空洞部６．２が、ダイアフラムの後側に近接して形
成される。
【００１１】「前導管」と呼ばれる１対の導管８，８’
が、第１のポート１および第４のポート４からそれぞれ
前室６．１へ、音響エネルギーを導く。同様に、１対の
後導管９，９’が、第２のポート２および第３のポート
３からそれぞれ後室６．２へ、音響エネルギーを導く。
が、第１のポート１および第４のポート４からそれぞれ
前室６．１へ、音響エネルギーを導く。同様に、１対の
後導管９，９’が、第２のポート２および第３のポート
３からそれぞれ後室６．２へ、音響エネルギーを導く。
【００１２】この４個のポート１〜４は、同様の音響特
性を有し、典型的に、ほぼ等しい寸法を有する。この４
個のポートは、典型的に共通の平面にあり、典型的に、
共通の中心線に沿って位置される。第１のポートと第２
のポートとの間の距離は、第３のポートと第４のポート
との間の距離と、望ましくは同じまたはほぼ同じにされ
る。
性を有し、典型的に、ほぼ等しい寸法を有する。この４
個のポートは、典型的に共通の平面にあり、典型的に、
共通の中心線に沿って位置される。第１のポートと第２
のポートとの間の距離は、第３のポートと第４のポート
との間の距離と、望ましくは同じまたはほぼ同じにされ
る。
【００１３】２つの前導管８，８’および２つの後導管
９，９’のすべては、望ましくは、等価な長さおよび等
価な断面積を有し、望ましくは、それぞれの空洞（すな
わち、前室６．１および後室６．２）に、音響的に等価
な方法で、合流するように形成されている。図１に示さ
れているように、１対の電気リード１０が、マイクロホ
ンエレメント１１に接続されている。
９，９’のすべては、望ましくは、等価な長さおよび等
価な断面積を有し、望ましくは、それぞれの空洞（すな
わち、前室６．１および後室６．２）に、音響的に等価
な方法で、合流するように形成されている。図１に示さ
れているように、１対の電気リード１０が、マイクロホ
ンエレメント１１に接続されている。
【００１４】そのようなマイクロホンの容易に製造可能
な一実施形態は、薄板、たとえば射出成型により形成さ
れた重合材の板から組み立てられる。上述した様々な空
洞および導管、および以下に説明するものが、成型プロ
セス、たとえば打ち抜きまたはフライス削りの間に、こ
れらの薄板中に形成された溝として容易に提供される。
な一実施形態は、薄板、たとえば射出成型により形成さ
れた重合材の板から組み立てられる。上述した様々な空
洞および導管、および以下に説明するものが、成型プロ
セス、たとえば打ち抜きまたはフライス削りの間に、こ
れらの薄板中に形成された溝として容易に提供される。
【００１５】図１の従来技術によるマイクロホンと本発
明によるマイクロホンに共通する上述した特徴に加え
て、本発明によるマイクロホンは、図２を参照して説明
する所定の新規な特徴を有する。図２は、上述した共通
の特徴のいくつかも図示している。しかし、説明を簡単
にするために、前導管８，８’および後導管９，９’
は、図２に簡略化した形でのみ示されており、ポート１
〜４は、図示されていない。
明によるマイクロホンに共通する上述した特徴に加え
て、本発明によるマイクロホンは、図２を参照して説明
する所定の新規な特徴を有する。図２は、上述した共通
の特徴のいくつかも図示している。しかし、説明を簡単
にするために、前導管８，８’および後導管９，９’
は、図２に簡略化した形でのみ示されており、ポート１
〜４は、図示されていない。
【００１６】図２には、以降それぞれ「前分岐導管」お
よび「後分岐導管」と称するさらなる２つの導管２１，
２１’が示されている。図１から明らかなように、１対
の前導管８，８’は、マイクロホンエレメントの末端に
ある導管の側に、前室６．１に近接した共通の側壁領域
を有する。同様に、後導管９，９’の対は、マイクロホ
ンエレメントの末端にある導管の側に、後室６．２に近
接した共通の側壁領域を有することが明らかである。
よび「後分岐導管」と称するさらなる２つの導管２１，
２１’が示されている。図１から明らかなように、１対
の前導管８，８’は、マイクロホンエレメントの末端に
ある導管の側に、前室６．１に近接した共通の側壁領域
を有する。同様に、後導管９，９’の対は、マイクロホ
ンエレメントの末端にある導管の側に、後室６．２に近
接した共通の側壁領域を有することが明らかである。
【００１７】図２において、前分岐導管２１は、この共
通領域中の前導管の側壁を横切るように形成される。同
様に、後分岐導管２１’は、この共通領域中の後導管の
側壁を横切るように形成される。前導管および後導管
は、望ましくは、その長さおよび断面積が等しいまたは
ほぼ等しく、望ましくは、音響的に等価な方法でそれぞ
れの側壁領域を横切る。
通領域中の前導管の側壁を横切るように形成される。同
様に、後分岐導管２１’は、この共通領域中の後導管の
側壁を横切るように形成される。前導管および後導管
は、望ましくは、その長さおよび断面積が等しいまたは
ほぼ等しく、望ましくは、音響的に等価な方法でそれぞ
れの側壁領域を横切る。
【００１８】本発明の２つの代替的な実施形態につい
て、以下説明する。第１の実施形態において、各分岐導
管の長さは、減衰または除去されるべき共振周波数にお
ける約１／４音響波長である。典型的な場合、この共振
周波数は、前導管および後導管の基本モード、すなわち
前導管および後導管の長さの２倍の波長を有する共振と
なる。このような場合、各分岐導管の長さは、望ましく
は、その対応する前導管または後導管の半分の長さに等
しく、またはほぼ等しくされる。
て、以下説明する。第１の実施形態において、各分岐導
管の長さは、減衰または除去されるべき共振周波数にお
ける約１／４音響波長である。典型的な場合、この共振
周波数は、前導管および後導管の基本モード、すなわち
前導管および後導管の長さの２倍の波長を有する共振と
なる。このような場合、各分岐導管の長さは、望ましく
は、その対応する前導管または後導管の半分の長さに等
しく、またはほぼ等しくされる。
【００１９】これに関して、２つの長さは、マイクロホ
ンのパスバンド内のある音響トーンの導かれた波長の１
／１０よりも大きくない違いである場合、「ほぼ等し
い」とされる。また、各分岐導管は、対応する導管の側
壁との交差の末端で、密閉容器５内で音響的に剛体の末
端を有する。
ンのパスバンド内のある音響トーンの導かれた波長の１
／１０よりも大きくない違いである場合、「ほぼ等し
い」とされる。また、各分岐導管は、対応する導管の側
壁との交差の末端で、密閉容器５内で音響的に剛体の末
端を有する。
【００２０】分岐導管中の１／４波長条件の結果とし
て、分岐導管に伝播する共振周波数における音波は、剛
体の末端から反射し、対応する前導管または後導管との
交差点へ、１８０°の正味位相シフトで戻る。この位相
シフトのために、反射された波は、対応する前導管また
は後導管中の音波と有害に干渉する。分岐導管中で共振
音響エネルギーを消散するための特徴を与えることは有
利である。図２に示されており、かつ以下に詳細に説明
するように、１つのそのような特徴は、各分岐導管の内
側壁面表面に刻み目のセット２３，２３’である。
て、分岐導管に伝播する共振周波数における音波は、剛
体の末端から反射し、対応する前導管または後導管との
交差点へ、１８０°の正味位相シフトで戻る。この位相
シフトのために、反射された波は、対応する前導管また
は後導管中の音波と有害に干渉する。分岐導管中で共振
音響エネルギーを消散するための特徴を与えることは有
利である。図２に示されており、かつ以下に詳細に説明
するように、１つのそのような特徴は、各分岐導管の内
側壁面表面に刻み目のセット２３，２３’である。
【００２１】図３に示されており、かつ以下に詳細に説
明するように、別のそのような特徴は、各分岐導管をそ
の対応する前導管または後導管に結合する短くかつ細い
ネック２５，２５’である。このようなネックの長さ
は、好ましくは、共振波長の１／１０よりも大きくな
い。いかなるそのようなエネルギー消散特徴も、両方の
分岐導管に対して音響的に等価な方法で働かなければな
らない。分岐導管中の音響的消散量の適切な調節は、音
声周波数帯域において、実質的に共振のないマイクロホ
ン出力を導くことができる。
明するように、別のそのような特徴は、各分岐導管をそ
の対応する前導管または後導管に結合する短くかつ細い
ネック２５，２５’である。このようなネックの長さ
は、好ましくは、共振波長の１／１０よりも大きくな
い。いかなるそのようなエネルギー消散特徴も、両方の
分岐導管に対して音響的に等価な方法で働かなければな
らない。分岐導管中の音響的消散量の適切な調節は、音
声周波数帯域において、実質的に共振のないマイクロホ
ン出力を導くことができる。
【００２２】これに関して、分岐導管は真っ直ぐである
必要はなく、いずれか特定の方向に向いている必要もな
い。しかし、各分岐導管は、その対応する前導管または
後導管に対して、同一またはほぼ同一の音響インピーダ
ンスを示さなければならない。この理由のために、各分
岐導管は、同じ断面積を有することが望ましい。この断
面積が一定でない場合、両方の分岐導管において、導管
内の長手方向位置の関数としての断面積の同じ変化を有
することが望ましい。
必要はなく、いずれか特定の方向に向いている必要もな
い。しかし、各分岐導管は、その対応する前導管または
後導管に対して、同一またはほぼ同一の音響インピーダ
ンスを示さなければならない。この理由のために、各分
岐導管は、同じ断面積を有することが望ましい。この断
面積が一定でない場合、両方の分岐導管において、導管
内の長手方向位置の関数としての断面積の同じ変化を有
することが望ましい。
【００２３】本発明による改良されたＳＯＤマイクロホ
ンの所定の原理を、図１を参照して説明する。一般に、
各分岐導管に関連づけられた音響システムは、各ポート
からマイクロホンダイアフラムに導かれた音波に対し
て、音響分岐インピーダンスＺbを示す。音響インピー
ダンスの説明については、たとえば、Kinsler,Frey,Cop
pen,およびSandersによる"Fundamentals of Acoustic
s",Third Edition,John Wiley & Sons,1982を参照のこ
と。
ンの所定の原理を、図１を参照して説明する。一般に、
各分岐導管に関連づけられた音響システムは、各ポート
からマイクロホンダイアフラムに導かれた音波に対し
て、音響分岐インピーダンスＺbを示す。音響インピー
ダンスの説明については、たとえば、Kinsler,Frey,Cop
pen,およびSandersによる"Fundamentals of Acoustic
s",Third Edition,John Wiley & Sons,1982を参照のこ
と。
【００２４】Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３およびＰ４は、それぞれ
ポート１〜４における音圧値を表す。マイクロホン１１
は、ダイアフラムの前面と背面との間の正味の圧力差に
比例する信号を電気リード１０に出力する。すなわち、
ＤＩＦＦ２＝Ｋ（ω）［（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ
３）］であり、ここで、Ｋ（ω）は、ポートからダイア
フラムへの周波数に依存する音響伝達関数であり、理論
的には、次式で与えられる。
ポート１〜４における音圧値を表す。マイクロホン１１
は、ダイアフラムの前面と背面との間の正味の圧力差に
比例する信号を電気リード１０に出力する。すなわち、
ＤＩＦＦ２＝Ｋ（ω）［（Ｐ１＋Ｐ４）−（Ｐ２＋Ｐ
３）］であり、ここで、Ｋ（ω）は、ポートからダイア
フラムへの周波数に依存する音響伝達関数であり、理論
的には、次式で与えられる。
【数１】
【００２５】ここで、ｆは、音響周波数（Ｈｚ）であ
り、ωは、角周波数２πｆであり、Ｌ／２は、各ポート
からマイクロホンダイアフラムへの距離であり、ｋは、
音響波数２π／λ（λは、音響波長）であり、Ｚ0は、
空気密度ρと空気中の音の速度との積を、前（または
後）ダクトの断面積Ｓで割ったものに等しい。Ｚ0＝ρ
ｃ／Ｓ。
り、ωは、角周波数２πｆであり、Ｌ／２は、各ポート
からマイクロホンダイアフラムへの距離であり、ｋは、
音響波数２π／λ（λは、音響波長）であり、Ｚ0は、
空気密度ρと空気中の音の速度との積を、前（または
後）ダクトの断面積Ｓで割ったものに等しい。Ｚ0＝ρ
ｃ／Ｓ。
【００２６】Ｋ（ω）についての上式から、分岐導管
（および分岐インピーダンス）の適切な設計が、音響シ
ステム全体の周波数応答Ｋ（ω）から共振を実質的に取
り除くことができることがわかる。分岐導管の分岐イン
ピーダンスＺbは、抵抗成分Ｒbとリアクタンス成分ｉＸ
bとの和、Ｚb＝Ｒb＋ｉＸbであり、ここで、ｉは単位虚
数である。
（および分岐インピーダンス）の適切な設計が、音響シ
ステム全体の周波数応答Ｋ（ω）から共振を実質的に取
り除くことができることがわかる。分岐導管の分岐イン
ピーダンスＺbは、抵抗成分Ｒbとリアクタンス成分ｉＸ
bとの和、Ｚb＝Ｒb＋ｉＸbであり、ここで、ｉは単位虚
数である。
【００２７】各分岐導管は、音響的に剛体の末端で終わ
る。したがって、分岐インピーダンスのリアクタンス成
分は、以下の良く知られた式で理論的に与えられる頑丈
にキャップされたパイプのリアクタンス性のインピーダ
ンスである。
る。したがって、分岐インピーダンスのリアクタンス成
分は、以下の良く知られた式で理論的に与えられる頑丈
にキャップされたパイプのリアクタンス性のインピーダ
ンスである。
【数２】
Ｘb1のサブスクリプト中の数字１は、本発明の第１の実
施形態であることを意味する。
施形態であることを意味する。
【００２８】分岐インピーダンスの抵抗成分Ｒb1は、複
素数音響波数ｋ’、すなわちｋ’＝２π／λ＋ｉαの虚
数部（ダンピング定数と呼ばれる）αによって表され
る。各分岐導管に対して、リアクタンス性インピーダン
スは、理論的に次式で表される。
素数音響波数ｋ’、すなわちｋ’＝２π／λ＋ｉαの虚
数部（ダンピング定数と呼ばれる）αによって表され
る。各分岐導管に対して、リアクタンス性インピーダン
スは、理論的に次式で表される。
【数３】
ここで、Ｓbは、分岐断面積である。
【００２９】分岐導管中の音響エネルギーの消散量は、
分岐導管断面積に依存する。この断面積は、導管の長さ
に沿って容易に変化させられる。そのような変化を再現
可能に提供する製造プロセスが利用可能である。たとえ
ば、射出成型技術が、重合体材料の台の中に形成された
導管にそのような変化を提供するために、容易に適用さ
れる。そのような断面積の変化は、所望の抵抗性インピ
ーダンスＲb1、および付随する所望の消散量を提供する
ように仕立てられる。
分岐導管断面積に依存する。この断面積は、導管の長さ
に沿って容易に変化させられる。そのような変化を再現
可能に提供する製造プロセスが利用可能である。たとえ
ば、射出成型技術が、重合体材料の台の中に形成された
導管にそのような変化を提供するために、容易に適用さ
れる。そのような断面積の変化は、所望の抵抗性インピ
ーダンスＲb1、および付随する所望の消散量を提供する
ように仕立てられる。
【００３０】たとえば、図２のパターン２３および２
３’のような刻み目パターンが、空間的周期ｌsで高い
値Ｓ1と低い値Ｓ2との間でＳbを周期的に変化させるこ
とにより容易に提供できる。刻み目の鋸歯状パターン
は、そのようなパターンの鋭い頂角が音響エネルギーの
消散に役立つ高い粘性の損失と関連づけられているの
で、好ましい。理想化された櫛形の刻み目パターンに基
づく適切な理論により、（本発明の動作の洞察に役立つ
にもかかわらず）この刻み目パターンは、理論的に次式
で与えられるダンピング定数αを有する。
３’のような刻み目パターンが、空間的周期ｌsで高い
値Ｓ1と低い値Ｓ2との間でＳbを周期的に変化させるこ
とにより容易に提供できる。刻み目の鋸歯状パターン
は、そのようなパターンの鋭い頂角が音響エネルギーの
消散に役立つ高い粘性の損失と関連づけられているの
で、好ましい。理想化された櫛形の刻み目パターンに基
づく適切な理論により、（本発明の動作の洞察に役立つ
にもかかわらず）この刻み目パターンは、理論的に次式
で与えられるダンピング定数αを有する。
【数４】
【００３１】ここで、μは、空気に対する粘性係数であ
り、ｄ0は、面積Ｓ0の周辺の長さである。たとえば、Mo
rseおよびIngardによる"Theoretical Acoustics" Princ
etonUniversity Press(1986),p.491および上記で引用し
たKinsler等による"Fundamentals of Acoustics"のp.21
0を参照のこと。
り、ｄ0は、面積Ｓ0の周辺の長さである。たとえば、Mo
rseおよびIngardによる"Theoretical Acoustics" Princ
etonUniversity Press(1986),p.491および上記で引用し
たKinsler等による"Fundamentals of Acoustics"のp.21
0を参照のこと。
【００３２】図５は、パラメータＬおよびＳに対して以
下の値を使用して、伝達関数Ｋ（ω）の理論的推定値
を、図１の未修正のＳＯＤマイクロホンについて、周波
数の関数としてプロットしたものである。 Ｌ＝０．０６３５ｍ Ｓ＝２×１０-6ｍ 前導管および後導管に関連する共振応答は、図５におい
て明らかなように、約２７００Ｈｚにおいてである。
下の値を使用して、伝達関数Ｋ（ω）の理論的推定値
を、図１の未修正のＳＯＤマイクロホンについて、周波
数の関数としてプロットしたものである。 Ｌ＝０．０６３５ｍ Ｓ＝２×１０-6ｍ 前導管および後導管に関連する共振応答は、図５におい
て明らかなように、約２７００Ｈｚにおいてである。
【００３３】比較のために、図６に、分岐導管内に含ま
れた刻み目２３，２３’を有する図２の本発明によるＳ
ＯＤマイクロホンの伝達関数Ｋ（ω）の理論的な推定周
波数応答をプロットした。主導管のパラメータは、上述
したとおりである。以下が、刻み目のパラメータであ
る。 ｌS＝１０-5ｍ ｄ0＝１．３４×１０-3ｍ Ｓ1＝２×１０-6ｍ2 Ｓ0＝０．９Ｓ1
れた刻み目２３，２３’を有する図２の本発明によるＳ
ＯＤマイクロホンの伝達関数Ｋ（ω）の理論的な推定周
波数応答をプロットした。主導管のパラメータは、上述
したとおりである。以下が、刻み目のパラメータであ
る。 ｌS＝１０-5ｍ ｄ0＝１．３４×１０-3ｍ Ｓ1＝２×１０-6ｍ2 Ｓ0＝０．９Ｓ1
【００３４】図６から明らかなように、マイクロホン電
気端子（電気リード）１０における信号出力には、実質
的に音響的共振が無い。上述し、かつ図３に示したよう
に、音響エネルギーを消散する一つの代替的な特徴は、
各分岐導管２４，２４’をその対応する前導管または後
導管に接続するための短く狭いネック２５，２５’であ
る。各ネックの長さｌSS，幅Ｗ、および高さｔは、すべ
て望ましくは、消散されるべき共振波長の１／１０より
も大きくない。ネックの長さは、好ましくは、対応する
分岐導管の全長に含まれる。
気端子（電気リード）１０における信号出力には、実質
的に音響的共振が無い。上述し、かつ図３に示したよう
に、音響エネルギーを消散する一つの代替的な特徴は、
各分岐導管２４，２４’をその対応する前導管または後
導管に接続するための短く狭いネック２５，２５’であ
る。各ネックの長さｌSS，幅Ｗ、および高さｔは、すべ
て望ましくは、消散されるべき共振波長の１／１０より
も大きくない。ネックの長さは、好ましくは、対応する
分岐導管の全長に含まれる。
【００３５】ネックの断面積は、音響エネルギーを消散
するために、得られるくびれにおける音響インピーダン
スを提供することを目的に、対応する分岐導管の主部の
断面積よりも小さくなければならない。分岐導管２４，
２４’が、前導管および後導管８，８’，９，９’の断
面積Ｓに等しい断面積Ｓbを有することが、容易な製造
に有利であるが、これは必須ではない。
するために、得られるくびれにおける音響インピーダン
スを提供することを目的に、対応する分岐導管の主部の
断面積よりも小さくなければならない。分岐導管２４，
２４’が、前導管および後導管８，８’，９，９’の断
面積Ｓに等しい断面積Ｓbを有することが、容易な製造
に有利であるが、これは必須ではない。
【００３６】ネック２５，２５’がエネルギー消散に使
用される場合、論理的な分岐導管インピーダンスＺb1
は、次式で与えられる。
用される場合、論理的な分岐導管インピーダンスＺb1
は、次式で与えられる。
【数５】
【００３７】図７には、以下のパラメータ値をもつ図３
の分岐導管およびネックに対する伝達関数Ｋ（ω）の理
論的推定周波数応答がプロットされている。 ｔ＝１０-4ｍ Ｗ＝２×１０-3ｍ ｌSS＝１．９×１０-3ｍ 図７から明らかなように、電気リード１０からの信号出
力には、周波数帯域１００〜４０００Ｈｚについて、共
振が実質的にない。
の分岐導管およびネックに対する伝達関数Ｋ（ω）の理
論的推定周波数応答がプロットされている。 ｔ＝１０-4ｍ Ｗ＝２×１０-3ｍ ｌSS＝１．９×１０-3ｍ 図７から明らかなように、電気リード１０からの信号出
力には、周波数帯域１００〜４０００Ｈｚについて、共
振が実質的にない。
【００３８】図４を参照して説明される本発明の第２の
実施形態において、分岐導管２６，２６’の長さおよび
直径（または他の横方向寸法）は、消散されるべき音響
的共振に関連づけられた波長の約１／１０よりも大きく
ないものとされる。分岐導管の遠端（すなわち、前導管
または後導管の末端）は、所定の体積を有し、それぞれ
前ヘルムホルツ共振器または後ヘルムホルツ共振器の共
振空洞を構成する前空洞または後空洞２７，２７’のそ
れぞれに接続される。
実施形態において、分岐導管２６，２６’の長さおよび
直径（または他の横方向寸法）は、消散されるべき音響
的共振に関連づけられた波長の約１／１０よりも大きく
ないものとされる。分岐導管の遠端（すなわち、前導管
または後導管の末端）は、所定の体積を有し、それぞれ
前ヘルムホルツ共振器または後ヘルムホルツ共振器の共
振空洞を構成する前空洞または後空洞２７，２７’のそ
れぞれに接続される。
【００３９】よく知られているように、ヘルムホルツ共
振器は、小さな開口により外部の媒体と連通する所定の
体積の剛体の密閉容器を含む。良い近似のために、その
ようなシステムの音響的ふるまいは、単純な機械的発信
器によって記述される。ヘルムホルツ共振器は、たとえ
ば、上記のKinsler等による"Fundamentals of Acoustic
s"に記載されている。
振器は、小さな開口により外部の媒体と連通する所定の
体積の剛体の密閉容器を含む。良い近似のために、その
ようなシステムの音響的ふるまいは、単純な機械的発信
器によって記述される。ヘルムホルツ共振器は、たとえ
ば、上記のKinsler等による"Fundamentals of Acoustic
s"に記載されている。
【００４０】この実施形態は、音響エネルギーを運ぶダ
クトの側壁に接続されたヘルムホルツ共振器が、共振器
の共振周波数を中心とする周波数帯域における音響エネ
ルギーを減衰させるという事実を使用する。少なくとも
いくつかの場合、前ヘルムホルツ共振器または後ヘルム
ホルツ共振器の体積および接続導管の断面積および長さ
は、得られるマイクロホンが、たとえば、４０００Ｈｚ
よりも低い周波数について、実質的な共振応答を有しな
いように選ばれうる。
クトの側壁に接続されたヘルムホルツ共振器が、共振器
の共振周波数を中心とする周波数帯域における音響エネ
ルギーを減衰させるという事実を使用する。少なくとも
いくつかの場合、前ヘルムホルツ共振器または後ヘルム
ホルツ共振器の体積および接続導管の断面積および長さ
は、得られるマイクロホンが、たとえば、４０００Ｈｚ
よりも低い周波数について、実質的な共振応答を有しな
いように選ばれうる。
【００４１】周波数応答は、２つの適切に離されたＦＯ
Ｄマイクロホンからの応答の電子的区別を行なう典型的
な従来技術によるＳＯＤマイクロホンの応答に実質的に
似ているものになる。
Ｄマイクロホンからの応答の電子的区別を行なう典型的
な従来技術によるＳＯＤマイクロホンの応答に実質的に
似ているものになる。
【００４２】これに関して、空洞２７，２７’および小
さい接続分岐導管２６，２６’の形状は、決定的ではな
い。しかし、前ヘルムホルツ共振器（すなわち、前分岐
導管と組み合わせられた前共振空洞）により提供される
前導管に対する音響インピーダンスは、後ヘルムホルツ
共振器により提供される後導管に対する音響インピーダ
ンスと等しいか、またはほぼ等しくなければならない。
さい接続分岐導管２６，２６’の形状は、決定的ではな
い。しかし、前ヘルムホルツ共振器（すなわち、前分岐
導管と組み合わせられた前共振空洞）により提供される
前導管に対する音響インピーダンスは、後ヘルムホルツ
共振器により提供される後導管に対する音響インピーダ
ンスと等しいか、またはほぼ等しくなければならない。
【００４３】分岐導管２６，２６’は、それぞれ長さｌ
h、直径ｄ、および断面積Ｓbを有するものとする。以下
の理論的分析のために、分岐導管の断面は円形とする。
分岐導管２７，２７’は、それぞれ体積Ｖを有する。こ
れらのそれぞれの空洞は、同じ形に作られることが好都
合であるが、これは必須ではない。各ヘルムホルツ共振
器の分岐インピーダンスＺb2は、理論的に次式で与えら
れる。サブスクリプト中の数字”２”は、これが本発明
の第２の実施形態であることを意味する。
h、直径ｄ、および断面積Ｓbを有するものとする。以下
の理論的分析のために、分岐導管の断面は円形とする。
分岐導管２７，２７’は、それぞれ体積Ｖを有する。こ
れらのそれぞれの空洞は、同じ形に作られることが好都
合であるが、これは必須ではない。各ヘルムホルツ共振
器の分岐インピーダンスＺb2は、理論的に次式で与えら
れる。サブスクリプト中の数字”２”は、これが本発明
の第２の実施形態であることを意味する。
【数６】
【００４４】図８には、以下のパラメータ値をもつこの
場合に対する理論的な推定周波数応答Ｋ（ω）がプロッ
トされている。 ｌh＝１０-3ｍ ｄ＝２．５７×１０-4ｍ Ｖ＝２×１０-8ｍ3 図８において、マイクロホンリード１０からの信号出力
に、実質的に音響的共振がないことがわかる。
場合に対する理論的な推定周波数応答Ｋ（ω）がプロッ
トされている。 ｌh＝１０-3ｍ ｄ＝２．５７×１０-4ｍ Ｖ＝２×１０-8ｍ3 図８において、マイクロホンリード１０からの信号出力
に、実質的に音響的共振がないことがわかる。
【００４５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、補
償回路の必要性を減少または除去しつつ、音響的共振を
防止することが可能なＳＯＤマイクロホンを提供するこ
とができる。
償回路の必要性を減少または除去しつつ、音響的共振を
防止することが可能なＳＯＤマイクロホンを提供するこ
とができる。
【図１】少なくともいくつかの場合に、マイクロホンの
導管における音響的共振の影響を低減させるために電子
的フィルタリングが有利に使用される、米国特許５，５
１１，１３０号に開示されたような従来技術による単一
ダイアフラムＳＯＤマイクロホンを示す図。
導管における音響的共振の影響を低減させるために電子
的フィルタリングが有利に使用される、米国特許５，５
１１，１３０号に開示されたような従来技術による単一
ダイアフラムＳＯＤマイクロホンを示す図。
【図２】音響的消散を強化する側壁の刻み目を作り出す
断面積の周期的変化を有する分岐導管を含む本発明の一
実施形態による単一ダイアフラムＳＯＤマイクロホンを
示す図。
断面積の周期的変化を有する分岐導管を含む本発明の一
実施形態による単一ダイアフラムＳＯＤマイクロホンを
示す図。
【図３】細いネックによる前導管および後導管への分岐
導管の接続を含む本発明の一実施形態による単一ダイア
フラムＳＯＤマイクロホンを示す図。
導管の接続を含む本発明の一実施形態による単一ダイア
フラムＳＯＤマイクロホンを示す図。
【図４】前導管および後導管のそれぞれに結合されたヘ
ルムホルツ共振器を含む本発明の一実施形態による単一
ダイアフラムＳＯＤマイクロホンを示す図。
ルムホルツ共振器を含む本発明の一実施形態による単一
ダイアフラムＳＯＤマイクロホンを示す図。
【図５】図１のＳＯＤマイクロホンについての、各ポー
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
【図６】図２のＳＯＤマイクロホンについての、各ポー
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
【図７】図３のＳＯＤマイクロホンについての、各ポー
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
【図８】図４のＳＯＤマイクロホンについての、各ポー
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
トからマイクロホンダイアフラムへの音響的伝達関数Ｋ
（ω）の周波数応答の理論的プロット。
１，２，３，４ ポート
５ 密閉容器
６．１ 前空洞部
６．２ 後空洞部
８，８’ 前導管
９，９’ 後導管
１０ 電気リード
１１ マイクロホンエレメント
２１ 前分岐導管
２１’ 後分岐導管
２３，２３’ 刻み目
２５，２５’ ネック
２６，２６’ 分岐導管
２７，２７’ 空洞
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マイケル アンソニー ズニガ
アメリカ合衆国，22032 ヴァージニア,
フェアファックス，キャリアージュパー
ク ロード 4805
(56)参考文献 特開 平７−307990（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−70527（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04R 1/28 320
H04R 1/38
Claims (7)
- 【請求項１】 一次微分（ＦＯＤ）マイクロホンエレメ
ントが、前室および後室のそれぞれと連通し、該前室が
２つのそれぞれの前導管を介して、第１のポートおよび
第４のポートのそれぞれに連通し、および該後室が、２
つのそれぞれの後導管を介して、第２のポートおよび第
３のポートのそれぞれに連通しているような２次微分
（ＳＯＤ）マイクロホンを含む装置であって、 ａ） 該ＳＯＤマイクロホンは、マイクロホンの望まし
くない共振の音響エネルギーを消散させるための第１お
よび第２の分岐導管をさらに含み、 ｂ） 該第１の分岐導管は、該前導管と連通し、および ｃ） 該第２の分岐導管は、該後導管と連通している、
ことを特徴とする装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記第
１および第２の分岐導管の各々が、望ましくない共振の
１／４波長にほぼ等しい長さを有し、該第１の分岐導管
が該第２の分岐導管と音響的に等価のものである装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、 前記望ましくない共振が、前記前導管および後導管の共
振である装置。 - 【請求項４】 請求項２に記載の装置において、 該第１および第２の分岐導管の各々が、長さ寸法と、長
さ方向に周期的に変化する断面積とを有する装置。 - 【請求項５】 請求項２に記載の装置において、 該第１および第２の分岐導管の各々が主部を含み、これ
ら導管はさらに、該第１の分岐導管の主部を該前導管に
結合する第１のネック、および該第２の分岐導管の主部
を該後導管に結合する第２のネックをそれぞれ含み、該
第１および第２のネックの各々がその対応する主部より
も断面積が小さく、該第１および第２のネックの各々が
該望ましくない共振の波長の１／１０よりも短い長さを
有し、および該第１および第２のネックの各々が、その
長さ方向を横断するすべての寸法において、該望ましく
ない共振の波長の１／１０よりも短くなっている装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載の装置において、 該第１および第２の分岐導管が、それぞれ第１および第
２のヘルムホルツ共振器に対応するとともにその一部分
をなし、各ヘルムホルツ共振器が第１および第２の分岐
導管のうちの対応するものと、該第１および第２の分岐
導管のうちの該対応するものの遠端部に結合された共振
空洞とを含むものである装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、 該共振空洞が、望ましくない共振の消散を提供するよう
に選ばれた体積を有し、および該第１および第２の分岐
導管の各々が、すべての寸法において、該望ましくない
共振の波長の１／１０よりも小さくなっている装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/655,781 US5745588A (en) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | Differential microphone assembly with passive suppression of resonances |
| US655781 | 1996-05-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1094082A JPH1094082A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3512982B2 true JP3512982B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=24630324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13325497A Expired - Fee Related JP3512982B2 (ja) | 1996-05-31 | 1997-05-23 | Ｓｏｄマイクロホンを含む装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5745588A (ja) |
| EP (1) | EP0810812B1 (ja) |
| JP (1) | JP3512982B2 (ja) |
| CA (1) | CA2205722C (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10157835A1 (de) * | 2001-11-26 | 2003-06-12 | Tenovis Gmbh & Co Kg | Gehäuseakustische Filtervorrichtung für Mikrofone in Kommunikationsgeräten |
| WO2004098232A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Oticon A/S | Microphone, hearing aid with a microphone and inlet structure for a microphone |
| US20070237338A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-11 | Alon Konchitsky | Method and apparatus to improve voice quality of cellular calls by noise reduction using a microphone receiving noise and speech from two air pipes |
| JP2008278476A (ja) * | 2007-04-05 | 2008-11-13 | Yamaha Corp | コンデンサマイク装置のｓｎ比改善方法およびコンデンサマイク装置並びにコンデンサマイク装置搭載機器 |
| US8561470B2 (en) * | 2008-05-09 | 2013-10-22 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Apparatus and method for eliminating varying pressure fluctuations in a pressure transducer |
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| US9357292B2 (en) * | 2012-12-06 | 2016-05-31 | Fortemedia, Inc. | Implementation of microphone array housing receiving sound via guide tube |
| JP2014155145A (ja) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Funai Electric Co Ltd | イヤホンマイク |
| US10219057B2 (en) * | 2016-09-22 | 2019-02-26 | Apple Inc. | Audio module for an electronic device |
| KR102282036B1 (ko) * | 2018-03-22 | 2021-07-27 | 광동 오포 모바일 텔레커뮤니케이션즈 코포레이션 리미티드 | 마이크로폰, 이동 단말기 및 전자 장치 |
| KR20230024880A (ko) | 2021-08-11 | 2023-02-21 | 썬전 샥 컴퍼니 리미티드 | 마이크로폰 |
| US11758319B2 (en) * | 2022-02-04 | 2023-09-12 | Meta Platforms Technologies, Llc | Microphone port architecture for mitigating wind noise |
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|---|---|---|---|---|
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| US3715500A (en) * | 1971-07-21 | 1973-02-06 | Bell Telephone Labor Inc | Unidirectional microphones |
| CH528197A (de) * | 1971-12-20 | 1972-09-15 | Ibm | Gehäuseanordnung mit einem elektro-akustischen Wandler, und Verwendung derselben in einem Telefonapparat einer Nachrichtenübertragungsanlage mit PCM-Codierung |
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| US5511130A (en) * | 1994-05-04 | 1996-04-23 | At&T Corp. | Single diaphragm second order differential microphone assembly |
| US5539834A (en) * | 1994-11-03 | 1996-07-23 | At&T Corp. | Baffled microphone assembly |
-
1996
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