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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】コンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法
(51)【国際特許分類】
H04R 19/01 20060101AFI20240722BHJP
H04R 19/04 20060101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
H04R19/01
H04R19/04
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023098845
(22)【出願日】2023-06-16
(62)【分割の表示】P 2019210553の分割
【原出願日】2019-11-21
(65)【公開番号】P2023113957
(43)【公開日】2023-08-16
【審査請求日】2023-06-16
(73)【特許権者】
【識別番号】505424505
【氏名又は名称】川上 福司
(74)【代理人】
【識別番号】100067356
【弁理士】
【氏名又は名称】下田 容一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100160004
【弁理士】
【氏名又は名称】下田 憲雅
(74)【代理人】
【識別番号】100120558
【弁理士】
【氏名又は名称】住吉 勝彦
(74)【代理人】
【識別番号】100148909
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧澤 匡則
(72)【発明者】
【氏名】川上 福司
【審査官】大石 剛
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１７５５０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５０８３９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１５１２６７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｒ １９／０１
Ｈ０４Ｒ １９／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動板及び固定電極を備えるコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、前記固定電極は、第１固定電極と第２固定電極からなり、
前記第１固定電極は前記振動板の一方の側に空気層を介して配置され、
前記第２固定電極は前記振動板の他方の側に空気層を介して配置され、
前記一方の側の空気層を第１空気層、前記他方の側の空気層を第２空気層と称するときに、
前記第１空気層の厚みを、前記第２空気層の厚みと同等にすることにより、
前記第１空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率を、前記第２空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率と等しくなるようにして、
空気の粒子の衝突に起因する前記振動板の出力をほぼゼロにするようにしたコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法。
【請求項2】
振動板及び固定電極を備えるコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、前記固定電極は、第１固定電極とダミー電極からなり、
前記第１固定電極は前記振動板の一方の側に空気層を介して配置され、
前記ダミー電極は前記振動板の他方の側に空気層を介して配置され、
前記一方の側の空気層を第１空気層、前記他方の側の空気層を第２空気層と称するときに、
前記第１空気層の厚みを、前記第２空気層の厚みと同等にすることにより、
前記第１空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率を、前記第２空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率と等しくなるようにして、
空気の粒子の衝突に起因する前記振動板の出力をほぼゼロにするようにしたコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法。
【請求項3】
請求項１又は請求項２記載のコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、前記固定電極は、音が通過する穴を有し、
前記穴は、０．１ｍｍ～２．０ｍｍの穴径で、単位面積当たりの開口面の総和を前記単位面積で除して得られる開口率が１０％超えないように穴数が決められているコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンデンサーマイクロフォンの改良技術に関する。
自己ノイズの元凶が振動板両側の物理条件の不一致にあると考え、『振動板への音の入射を妨げることなく、両側の物理的な条件を等しくする』ことにより自己雑音の除去・低減を図る、というのが発明の本旨である。
自己ノイズの元凶が振動板両側の物理条件の不一致にあると考え、『振動板への音の入射を妨げることなく、両側の物理的な条件を等しくする』ことにより自己雑音の除去・低減を図る、というのが発明の本旨である。
【背景技術】
【0002】
直流バイアス型コンデンサーマイクロフォンとエレクトレット型コンデンサーマイクロフォンは、広く実用化されている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【0003】
図１７は従来のエレクトレット型コンデンサーマイクロフォン（ｐｒｅ－ｐｏｌａｒｏｉｄ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ型， 略称・通称：ＥＣＭ）の基本構成を説明する図であり、コンデンサーマイクロフォン１００では、金属筐体１０１に、テーパー付きリング１０２が収納され、テーパー付きリング１０２の形成されているテーパー１０３に振動板１０４が当てられ、この振動板１０４が突き上げリング１０５で抑えられ、この突き上げリング１０５がリングナット１０６で押し上げられる。このリングナット１０６のねじ込み量を調節することで、振動板１０４の張力が調節される。
【0004】
突き上げリング１０５にナット形状のガラス製保持具１０７がねじ込まれ、このガラス製保持具１０７に背極と呼ばれる固定電極１０８が載せられ、止めねじ状の端子１０９で固定される。固定電極１０８に、エレクトレット膜１１１が貼られている。
【0005】
振動板１０４と固定電極１０８との間に微小隙間が設定されており、振動板１０４が振動すると、振動板１０４と固定電極１０８との間の静電容量が変化する。この電気情報は、端子１０９からコンデンサー１１２及びプリアンプ１１３を介して、電圧の形態で取り出される。
【0006】
このような構造のコンデンサーマイクロフォン１００は、構造が簡単で、安価であるため広く普及している。
ところで、本発明者は、コンデンサーマイクロフォンに固有のノイズ（騒音）の研究する中で、周囲の音を消している完全無音空間に置かれているにも拘わらず、コンデンサーマイクロフォン１００から、３０ｄＢ－ＳＰＬ（以下、ｄＢと略記）程度の自己ノイズが出力されることを知見した。
ところで、本発明者は、コンデンサーマイクロフォンに固有のノイズ（騒音）の研究する中で、周囲の音を消している完全無音空間に置かれているにも拘わらず、コンデンサーマイクロフォン１００から、３０ｄＢ－ＳＰＬ（以下、ｄＢと略記）程度の自己ノイズが出力されることを知見した。
【0007】
この自己ノイズは、コンデンサーマイクロフォン１００の音響測定精度、特に測定下限に影響を与え微小音量の測定には有害である。
先ず、プリアンプ１１３を疑った。プリアンプ１１３が、自己ノイズの発生源であると仮定して、プリアンプ１１３を徹底的に改善したが、自己ノイズを低減することはできなかった。
先ず、プリアンプ１１３を疑った。プリアンプ１１３が、自己ノイズの発生源であると仮定して、プリアンプ１１３を徹底的に改善したが、自己ノイズを低減することはできなかった。
【0008】
そのため、従来のコンデンサーマイクロフォン１００は、不可避的に自己ノイズの問題を抱えている。そしてこの自己ノイズはコンデンサーマイクロフォンに固有のものであり、プリアンプなど電子的な発生源に由来するものではないことが分かってきた。
しかし、音響測定精度の向上が求められる中、自己ノイズがゼロ（又はほぼゼロ）であるコンデンサーマイクロフォンの実現が望まれる。
しかし、音響測定精度の向上が求められる中、自己ノイズがゼロ（又はほぼゼロ）であるコンデンサーマイクロフォンの実現が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】実用新案登録第２５１４２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、コンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は、課題を解決する研究を進める過程で、振動板を囲う「空気」に注目した。 そこで、エレクトレット型コンデンサーマイクロフォン（ＥＣＭ）に準じる構造を使って次に述べる実験を実施した。
【0012】
この実験を、図１（ａ）～（ｃ）に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、金属製の密閉容器１０に、振動板１１を吊るし、真空ポンプ１２で密閉容器１０内を真空にした。なお、密閉容器１０は、バックエレクトレット材１４で内張りされている。
図１（ａ）に示すように、金属製の密閉容器１０に、振動板１１を吊るし、真空ポンプ１２で密閉容器１０内を真空にした。なお、密閉容器１０は、バックエレクトレット材１４で内張りされている。
【0013】
すると、出力はゼロであった。これより、自己ノイズは空気の存在に由来するものであることが分かった。振動板は容器のどの位置に吊るしても同じ結果であった（なお、実際の実験では、ステンレス薄膜（数μｍ厚）からなる振動板は周囲を金属円環に固定し、これをばね定数の小さな金属スプリング経由で金属線で吊るす形態としている）これより、自己ノイズは空気の存在に由来するものであることが分かる。
【0014】
次に、図１（ｂ）に示すように、大気弁１３を開放して、密閉容器１０内を大気（略１気圧の空気）で満たした。なお、密閉容器１０と振動板１１との間は、微小隙間ｔとした。ｔは略１０－３０μｍである。すると、ノイズ出力は２０－３０ｄＢとなった。
【0015】
そこで今度は、図１（ｃ）に示すように、振動板１１の位置を、密閉容器１０の中央になるよう変更した。なお、図中、容器は同じ大きさで描いているが、実際にはＴ≒ｔで図１（ａ）、（ｂ）と同程度の感度が得られるように調整している。すると、この配置で出力は再びゼロになった。
【0016】
図１（ｂ）では、振動板１１の図面左側は空気層が厚く、空気の粒子（酸素分子や窒素分子）は高い頻度、かつ均等・ランダムな方向から振動板１１に衝突する。一方、振動板１１の図面右側は空気層がごく薄く、振動板１１に衝突する空気の粒子は僅か～或いは衝突の方向に制約を受け均等・ランダムとはならない。そのため、振動板の両側のバランスが崩れ、振動板１１が振動したと推定される。
既存のコンデンサーマイクロフォン（図１７、符号１００）の構造は、振動板の片側（内側）に背極が存在しており、まさに図１（ｂ）に近似したものとなっている。
既存のコンデンサーマイクロフォン（図１７、符号１００）の構造は、振動板の片側（内側）に背極が存在しており、まさに図１（ｂ）に近似したものとなっている。
【0017】
一方、図１（ｃ）では、振動板１１の図面左側と右側は空気層の厚みを含めて物理条件が同じである。結果として、振動板１１の図面左側の面に衝突する空気の粒子と、図面右側の面に衝突する空気の粒子の衝突確率とは等しくなり、バランスして打ち消し合う。すなわち、振動板１１の一方の面にかかる力と他方の面にかかる力が相殺され、結果として、振動板１１は振動せず出力もほぼゼロになると推定される。
【0018】
次に、直流バイアス型コンデンサーマイクロフォンに準じる構造を使って実験を実施した。この実験を、図２（ａ）～（ｃ）に基づいて説明する。
実験の手順は、図１（ａ）～（ｃ）と同じであるため、詳細な説明は省略する。
実験の結果は、図１（ａ）～（ｃ）と同じであった。
実験の手順は、図１（ａ）～（ｃ）と同じであるため、詳細な説明は省略する。
実験の結果は、図１（ａ）～（ｃ）と同じであった。
【0019】
【0020】
この知見に基づく本発明は、次のとおりである。
請求項１に係る発明は、振動板及び固定電極を備えるコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、
前記固定電極は、第１固定電極と第２固定電極からなり、
前記第１固定電極は前記振動板の一方の側に空気層を介して配置され、
前記第２固定電極は前記振動板の他方の側に空気層を介して配置され、
前記一方の側の空気層を第１空気層、前記他方の側の空気層を第２空気層と称するときに、
前記第１空気層の厚みを、前記第２空気層の厚みと同等にすることにより、
前記第１空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率を、前記第２空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率と等しくなるようにして、
空気の粒子の衝突に起因する前記振動板の出力をほぼゼロにするようにした。
請求項１に係る発明は、振動板及び固定電極を備えるコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、
前記固定電極は、第１固定電極と第２固定電極からなり、
前記第１固定電極は前記振動板の一方の側に空気層を介して配置され、
前記第２固定電極は前記振動板の他方の側に空気層を介して配置され、
前記一方の側の空気層を第１空気層、前記他方の側の空気層を第２空気層と称するときに、
前記第１空気層の厚みを、前記第２空気層の厚みと同等にすることにより、
前記第１空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率を、前記第２空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率と等しくなるようにして、
空気の粒子の衝突に起因する前記振動板の出力をほぼゼロにするようにした。
【0021】
請求項２に係る発明は、振動板及び固定電極を備えるコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、
前記固定電極は、第１固定電極とダミー電極からなり、
前記第１固定電極は前記振動板の一方の側に空気層を介して配置され、
前記ダミー電極は前記振動板の他方の側に空気層を介して配置され、
前記一方の側の空気層を第１空気層、前記他方の側の空気層を第２空気層と称するときに、
前記第１空気層の厚みを、前記第２空気層の厚みと同等にすることにより、
前記第１空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率を、前記第２空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率と等しくなるようにして、
空気の粒子の衝突に起因する前記振動板の出力をほぼゼロにするようにした。
前記固定電極は、第１固定電極とダミー電極からなり、
前記第１固定電極は前記振動板の一方の側に空気層を介して配置され、
前記ダミー電極は前記振動板の他方の側に空気層を介して配置され、
前記一方の側の空気層を第１空気層、前記他方の側の空気層を第２空気層と称するときに、
前記第１空気層の厚みを、前記第２空気層の厚みと同等にすることにより、
前記第１空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率を、前記第２空気層の空気の粒子が前記振動板に衝突する確率と等しくなるようにして、
空気の粒子の衝突に起因する前記振動板の出力をほぼゼロにするようにした。
【0022】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のコンデンサーマイクロフォンにおける自己ノイズの低減方法であって、
前記固定電極は、音が通過する穴を有し、
前記穴は、０．１ｍｍ～２．０ｍｍの穴径で、単位面積当たりの開口面の総和を前記単位面積で除して得られる開口率が１０％超えないように穴数が決められている。
前記固定電極は、音が通過する穴を有し、
前記穴は、０．１ｍｍ～２．０ｍｍの穴径で、単位面積当たりの開口面の総和を前記単位面積で除して得られる開口率が１０％超えないように穴数が決められている。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、振動板の一方の面に接する空気層の厚さと他方の面に接する空気層の厚さとが同じであり、結果的に振動板両側の物理条件が同一になる。すなわち、図１（ｃ）や図２（ｃ）と同様の形態となり、結果的に自己ノイズはゼロ又はほぼゼロになる。
本発明により、自己ノイズがゼロ（又はほぼゼロ）であるコンデンサーマイクロフォンが提供される。
本発明により、自己ノイズがゼロ（又はほぼゼロ）であるコンデンサーマイクロフォンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】（ａ）はエレクトレット型コンデンサーマイクロフォンを想定して実施した真空での実験を説明する図、（ｂ）は同大気雰囲気下での実験を説明する図、（ｃ）は（ｂ）を改良した図である。
【図2】（ａ）は直流バイアス型コンデンサーマイクロフォンを想定して実施した真空での実験を説明する図、（ｂ）は同大気雰囲気下での実験を説明する図、（ｃ）は（ｂ）を改良した図である。
【図3】本発明に係るコンデンサーマイクロフォンの斜視図である。
【図4】本発明に係るコンデンサーマイクロフォンの分解斜視図である。
【図5】（ａ）はエレクトレット型コンデンサーマイクロフォンの断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図である。
【図6】（ａ）は直流バイアス型コンデンサーマイクロフォンの断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図である。である。
【図7】第１固定電極及び第２固定電極の正面図である。
【図9】音響透過率の検証装置の原理図である。
【図10】検証で得た音響曲線図である。
【図11】穴の径と音響透過率の相関を調べたグラフである。
【図12】第１固定電極及び第２固定電極の変更例を説明する図である。
【図13】コンデンサーマイクロフォンの変更例を説明する図である。
【図14】コンデンサーマイクロフォンの更なる変更例を説明する図である。
【図15】コンデンサーマイクロフォンの更なる変更例を説明する図である。
【図16】コンデンサーマイクロフォンの更なる変更例を説明する図である。
【図17】従来のエレクトレット型コンデンサーマイクロフォンの基本構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の実施の形態例を添付図に基づいて以下に説明する。なお、請求項に沿う実施形態はこの他にも様々なものがあり、実施にあたってはそのうちのどの形態を採用しても良い。
【実施例】
【0026】
図３に示すように、コンデンサーマイクロフォン２０は、円柱状の金属筐体２１と、上部に被せた保護グリッド２２と、下へ延びるハーネス２３とを備えており、全体的に縦長の円柱形状を呈している。
図４に示すように、保護グリッド２２を外すと、筐体上部２４が現れる。筐体上部２４から第１固定電極２５と第２固定電極２６を外すと、丸穴２７を通して振動板１１が見える。
図４に示すように、保護グリッド２２を外すと、筐体上部２４が現れる。筐体上部２４から第１固定電極２５と第２固定電極２６を外すと、丸穴２７を通して振動板１１が見える。
【0027】
図５に基づいて、エレクトレット型コンデンサーマイクロフォンの詳細な構造を説明する。
図５（ａ）に示すように、振動板１１が筐体上部２４に張られている。
図５（ｂ）に示すように、振動板１１の一方の面から微小隙間ｔをおいて第１固定電極２５が配置され、振動板１１の他方の面から微小隙間ｔをおいて第２固定電極２６が配置されている。
図５（ａ）に示すように、振動板１１が筐体上部２４に張られている。
図５（ｂ）に示すように、振動板１１の一方の面から微小隙間ｔをおいて第１固定電極２５が配置され、振動板１１の他方の面から微小隙間ｔをおいて第２固定電極２６が配置されている。
【0028】
なお、第１固定電極２５と第２固定電極２６との各々に、半永久的に電荷を保持するエレクトレット膜２８が貼られている。このような構造のコンデンサーマイクロフォン２０は、エレクトレット型コンデンサーマイクロフォン（ＥＣＭ）と呼ばれる。
【0029】
図５（ａ）に示すように、第１固定電極２５から延びる第１出力線３１に第１コンデンサー３２と第１プリアンプ３３とが置かれ、第１プリアンプ３３の出側（二次側）で、第１信号Ａ（ｔ）が検出される。第１信号Ａ（ｔ）＝ｓ（ｘ）＋ｎ（ｔ）。ここで、ｓ（ｘ）は信号出力、ｎ（ｔ）は自己ノイズである。
【0030】
第２固定電極２６から延びる第２出力線３５に第２コンデンサー３６と第２プリアンプ３７とが置かれる。
振動板１１と第１固定電極２５との間の静電容量の変化と、振動板１１と第２固定電極２６との間の静電容量の変化とは、プララスマイナスが逆になる。
そのため、第２プリアンプ３７の出側（二次側）では、第２信号Ｂ（ｔ）＝―ｓ（ｘ）―ｎ（ｔ）が検出される。
振動板１１と第１固定電極２５との間の静電容量の変化と、振動板１１と第２固定電極２６との間の静電容量の変化とは、プララスマイナスが逆になる。
そのため、第２プリアンプ３７の出側（二次側）では、第２信号Ｂ（ｔ）＝―ｓ（ｘ）―ｎ（ｔ）が検出される。
【0031】
第１出力線３１と第２出力線３５とは、減算部３８に繋がれ、この減算部３８で、Ａ（ｔ）―Ｂ（ｔ）の減算が行われる。Ａ（ｔ）―Ｂ（ｔ）＝出力Ｘ（ｔ）とすると、出力Ｘ（ｔ）＝２ｓ（ｘ）＋２ｎ（ｔ）となる。ここで、ｎ（ｔ）は、図１（ｃ）で述べたように、ゼロになる。結果、出力Ｘ（ｔ）＝２ｓ（ｘ）となる。信号出力が２倍であるため、コンデンサーマイクロファン２０の感度は＋６（ｄＢ）改善される。
【0032】
図６（ａ）、（ｂ）に基づいて、直流バイアス型コンデンサーマイクロフォンの構造を説明する。図５（ａ）、（ｂ）と同一要素は、符号を流用して、説明は省略する。この直流バイアス型コンデンサーマイクロフォン２０においても、感度は＋６（ｄＢ）改善された。
【0033】
次に、第１固定電極２５及び第２固定電極２６の好ましい構造を詳しく説明する。
図７に示すように、第１固定電極２５には、小径の穴３９が規則的に且つ無数に設けられている。第２固定電極２６も同様である。
図７に示すように、第１固定電極２５には、小径の穴３９が規則的に且つ無数に設けられている。第２固定電極２６も同様である。
【0034】
図８は拡大図であり、穴３９が１０倍に拡大されている。
図８に示すように、穴３９の穴径がｄであり、穴３９と隣の穴３９のピッチがＰであり、縦の長さがａで横の長さがａであるエリア４１に、ｎ個の穴３９が設けられている。
図８に示すように、穴３９の穴径がｄであり、穴３９と隣の穴３９のピッチがＰであり、縦の長さがａで横の長さがａであるエリア４１に、ｎ個の穴３９が設けられている。
【0035】
開口率は、単位面積当たりの貫通穴の開口面積の総和を、単位面積で除して得られる。これを図面の表記に合わせると、開口率（％）は、１００×（ｎ×πｄ２／４）／ａ２で算出される。
例えば、ｎ＝９個、ｄ＝１ｍｍ、Ｐ＝３．１ｍｍ、ａ＝９．３ｍｍであれば、１００×（９×π×１２／４）／９．３２＝８．２の計算により、開口率は約８％となる。
例えば、ｎ＝９個、ｄ＝１ｍｍ、Ｐ＝３．１ｍｍ、ａ＝９．３ｍｍであれば、１００×（９×π×１２／４）／９．３２＝８．２の計算により、開口率は約８％となる。
【0036】
図５（ｂ）を参照すれば、エレクトレット膜２８に事前に電圧をかけ半永久的に（外部電源無しで）帯電させる。エレクトレット膜２８は、極めて薄いＦＥＰ膜であるため、いわゆる“腰が弱い”。そのため、第１固定電極２５（又は第２固定電極２６）の全面でエレクトレット膜２８を支持する構造、つまり電極にエレクトレット膜を貼り付けたような構造が採用される。電極面積は感度に比例するため、開口率を高めることには抵抗がある。また、エレクトレット膜が貼り付けられた電極全体を全周波数帯域で全音響透過性とするため、大きな穴径ではなく微小穴径（数μｍ～数ｍｍ）とするのが好適である。
【0037】
本発明では、上記したように開口率は約８％であり、開口率が大きいとは言えない。
また、穴３９の径ｄにしても、１．０ｍｍ程度に抑えているため、穴径が過大であるとは言えない。
本発明者らの検討では、開口率は３０％まで高めることが可能である。しかし、安全若しくは余裕を見込んで、開口率は２０％を上限とすることにした。
また、穴３９の径ｄにしても、１．０ｍｍ程度に抑えているため、穴径が過大であるとは言えない。
本発明者らの検討では、開口率は３０％まで高めることが可能である。しかし、安全若しくは余裕を見込んで、開口率は２０％を上限とすることにした。
【0038】
上述した約８％の開口率を更に検証する。
図９に示すような検証装置５０を作製した。検証装置５０は、１／３オクターブトーンバーストジェネレータ５１と、パワーアンプ５２と、スピーカ５３と、マイクロフォン５４と、ヘッドアンプ５５と、レベルレコーダ５６とからなる。すなわち、スピーカ５３で発生した音をマイクロフォン５４で受ける。
図９に示すような検証装置５０を作製した。検証装置５０は、１／３オクターブトーンバーストジェネレータ５１と、パワーアンプ５２と、スピーカ５３と、マイクロフォン５４と、ヘッドアンプ５５と、レベルレコーダ５６とからなる。すなわち、スピーカ５３で発生した音をマイクロフォン５４で受ける。
【0039】
スピーカ５３とマイクロフォン５４の間隔Ｌを１０００ｍｍに設定する。そして、スピーカ５３とマイクロフォン５４の間に何も置かないで、音圧レベル（ｄＢ）を調べた。この調査は順次、周波数を変えながら実施したものである。結果、図１０に示す「試料無し」の周波数応答曲線を得た。
【0040】
次に、図９にて、想像線で示す試料５７を、スピーカ５３とマイクロフォン５４の間に置いた。試料５７は第１固定電極２５や第２固定電極２６に相当する開孔金属板である。
試料５７は、図８に示すように、１．０ｍｍの穴３９が配置され、開口率が８％であって１．０ｍｍ厚さのアルミニウム板である。そして、同様に周波数を変えながら音圧レベル（ｄＢ）を調べた。結果、図１０に示す「試料有り」の曲線を得た。
試料５７は、図８に示すように、１．０ｍｍの穴３９が配置され、開口率が８％であって１．０ｍｍ厚さのアルミニウム板である。そして、同様に周波数を変えながら音圧レベル（ｄＢ）を調べた。結果、図１０に示す「試料有り」の曲線を得た。
【0041】
常識的にみて、開口率が８％であれば、音を通さない部分が９２％となり、スピーカ５３で発生した音の大部分が遮断されてマイクロフォン５４に到達しないはずである。
しかし、図１０によれば、試料の有無による差はごく僅かであり、音が遮断されることなく、マイクロフォン５４に到達したことになる。この現象は、上記の常識を逸脱するものであり、更なる検証が必要である。
しかし、図１０によれば、試料の有無による差はごく僅かであり、音が遮断されることなく、マイクロフォン５４に到達したことになる。この現象は、上記の常識を逸脱するものであり、更なる検証が必要である。
【0042】
そこで、次に、穴３９の穴径を検証する。
微細な穴は、レーザ加工や放電加工で開けることができる。ただし、開口径は小さいほど高い周波数まで全音響透過性となるが、加工コストの面から０．１ｍｍを下限とすることが推奨される。そこで、開口率を８％（一定）とし、穴３９の径ｄが０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、２．０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの試料５７を作製し、図９に示す検証装置５０に掛けた。なお、最小穴径は、０．０１ｍｍ、或いはそれ以下であっても差し支えない。
微細な穴は、レーザ加工や放電加工で開けることができる。ただし、開口径は小さいほど高い周波数まで全音響透過性となるが、加工コストの面から０．１ｍｍを下限とすることが推奨される。そこで、開口率を８％（一定）とし、穴３９の径ｄが０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、２．０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの試料５７を作製し、図９に示す検証装置５０に掛けた。なお、最小穴径は、０．０１ｍｍ、或いはそれ以下であっても差し支えない。
【0043】
図１０に示すような音圧曲線が得られる。次に、曲線のグラフから次式により音響透過率Ｘ（％）を算出した。ただし、Ｌ０は図１０の試料無しの音圧レベル（ｄＢ）、Ｌ１は図１０の試料有りの音圧レベル（ｄＢ）である。
【0044】
【数1】
【0045】
得られた音響透過率が、１００％であれば、全ての音が試料を透過したことになり、０％であれば、全ての音が試料で遮断されたことになる。結果を図１１に示す。開口率は一定の条件下の結果である。
【0046】
図１１に示すように、穴３９の径が０．１～１．０ｍｍの範囲では、音響透過率が約９０％となり、ほぼ全音響透過現象が認められた。
穴３９の径が１．０～２．０ｍｍの範囲では、音響透過率が５０～９０％となり、音響透過率は良好であった。
一方、穴３９の径が２．０～１０ｍｍの範囲では、音響透過率が５０％未満となり、音響透過率は不良であった。
穴３９の径が１．０～２．０ｍｍの範囲では、音響透過率が５０～９０％となり、音響透過率は良好であった。
一方、穴３９の径が２．０～１０ｍｍの範囲では、音響透過率が５０％未満となり、音響透過率は不良であった。
【0047】
図１１のような曲線が出現した理由は、現在までのところ研究、解明されていないが、開口率を一定（８％）としたため、例えば穴径の低下と共に穴同士が接近し何らかの相互作用が発現するなど、穴径と穴の数に波動音響的な因果関係が予想される。そこで、穴の数、ピッチなどを調べることにした。
【0048】
【表1】
【0049】
図１１のグラフ中央に記載した、穴径が１．０ｍｍの貫通穴が基準になる。図８で説明したように、穴の数ｎは９個、ピッチＰは３．１ｍｍである。任意の貫通穴の縁と隣の貫通穴の縁との最短距離は（Ｐ－ｄ）で表され、（３．１－１．０）＝２．１ｍｍと計算される。
【0050】
ｄが０．１ｍｍの貫通穴であれば、穴の数は９００個になり、（Ｐ－ｄ）は０．２ｍｍになる。貫通穴同士の距離が僅か０．２ｍｍである。貫通穴同士が接近していることと、音の波動性との相関により、全周波数全音響透過という特異な音響現象が発現したと推定される。この傾向は、ｄが０．５ｍｍの貫通穴でも同様に起こっていると思われる。
【0051】
これに対して、ｄが５ｍｍの貫通穴では、（Ｐ－ｄ）が１０．６ｍｍとなり、貫通穴同士が十分に離れており、特異な音響現象が起こりにくくなっている、或いは音響透過がごく限られた周波数領域に限られたと思われる。
【0052】
図１１に示す曲線は、開口率を１０％に変更しても、殆ど変化がなかった。
よって、図１１に基づき、開口率が１０％以下であれば、貫通穴の穴径は０．０１～２．０ｍｍ、好ましくは０．１～１．０ｍｍの範囲に設定することが推奨される。
よって、図１１に基づき、開口率が１０％以下であれば、貫通穴の穴径は０．０１～２．０ｍｍ、好ましくは０．１～１．０ｍｍの範囲に設定することが推奨される。
【0053】
次に、本発明に係る変更例を説明する。
図１２に示すように、第１固定電極２５（又は第２固定電極２６）に設ける穴３９は、微細な穴の他、外縁の近傍に設けた円弧穴であってもよい。すなわち、穴３９は、音が通ればよく、形状や大きさや数は任意である。一定の感度を確保するために、固定電極の無孔部分面積をできるだけ損なわないよう、個々の孔は寸法ができるだけ小さく、多く分散していた方が良い、というだけである。
図１２に示すように、第１固定電極２５（又は第２固定電極２６）に設ける穴３９は、微細な穴の他、外縁の近傍に設けた円弧穴であってもよい。すなわち、穴３９は、音が通ればよく、形状や大きさや数は任意である。一定の感度を確保するために、固定電極の無孔部分面積をできるだけ損なわないよう、個々の孔は寸法ができるだけ小さく、多く分散していた方が良い、というだけである。
【0054】
また、図１３に示すように、保護グリッド２２は、高さが小さい円筒部６１と高さが大きい角筒部６２とを合成した角形状体であってもよい。この場合、筐体上部２４は、角穴６３を有する角柱とする。第１固定電極２５及び第２固定電極２６は、角穴６３に嵌まる矩形板とする。
【0055】
また、図１４に示すように、保護グリッド２２は、角筒形状体であってもよい。金属筐体２１も角筒形状とする。筐体上部２４は、角穴６３を有する角柱とする。第１固定電極２５及び第２固定電極２６は、角穴６３に嵌まる矩形板とする。
【0056】
よって、図３で説明したコンデンサーマイクロフォン２０は、全体が円柱形状（正円形状の他、楕円柱形状や長円柱形状であってもよい。）を呈するもの、全体が角形状（正四角筒状の他、長方形筒状や三角筒状であってもよい。）を呈するもの、円筒形の金属筐体２１の上部に角筒状の保護グリット２２を載せたもの、何れであってもよい。また、筐体上部２４の下端部をスカート状に拡げ金属狂態２１とスムーズに繋がる形状にし、不要な反射を回避するようにしてもよい。
【0057】
このように、全体が細長断面の長方形筒状のコンデンサーマイクロフォン２０であれば、車両のエンジンルームなど狭い空間に差し込んで、内燃機関やミッションやダイナモの異音を検出するなどに利用することもできる。
【0058】
本発明のコンデンサーマイクロフォン２０のさらなる変更例を、図１５と図１６に基づいて説明する。
図１（ｃ）に示したように、振動板１１の両側が空気であることにより、振動板１１の両側の音響的条件が同じになり、このことにより、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロにすることができた。この知見から、図１５が提示される。
図１（ｃ）に示したように、振動板１１の両側が空気であることにより、振動板１１の両側の音響的条件が同じになり、このことにより、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロにすることができた。この知見から、図１５が提示される。
【0059】
図１５（ａ）、（ｂ）に示すエレクトレット型コンデンサーマイクロフォン２０は、振動板１１の一方の面に隙間をおいて第１固定電極２５を配置し、振動板１１の他方の面は「空気層」とした。
この構造であっても、振動板１１の両側が空気と同等になり、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロになった。その他の構成要素は、図５（ａ）、（ｂ）の符号を流用し、説明を省略する。
この構造であっても、振動板１１の両側が空気と同等になり、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロになった。その他の構成要素は、図５（ａ）、（ｂ）の符号を流用し、説明を省略する。
【0060】
また、図２（ｃ）に示したように、振動板１１の両側が空気であることにより、振動板１１の両側の音響的条件が同じになり、このことにより、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロにすることができた。この知見から、図１６が提示される。
【0061】
図１６に示す直流バイアス型コンデンサーマイクロフォン２０は、振動板１１の一方の面に隙間をおいて第１固定電極２５を配置し、振動板１１の他方の面は「空気層」とした。
この構造であっても、振動板１１の両側が空気と同等になり、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロになった。
この構造であっても、振動板１１の両側が空気と同等になり、自己ノイズをゼロ又はほぼゼロになった。
【0062】
【産業上の利用可能性】
【0063】
本発明は、エレクトレット型コンデンサーマイクロフォン（ＥＣＭ）及び直流バイアス型コンデンサーマイクロフォンに好適である。
【符号の説明】
【0064】
１１…振動板、２０…コンデンサーマイクロフォン、２５…固定電極（第１固定電極）、２６…固定電極（第２固定電極）、２８…エレクトレット膜、３２…コンデンサー（第１コンデンサー）、３６…コンデンサー（第２コンデンサー）、３８…減算部、３９…音が通る穴、６５…ダミーの固定電極、ｔ…微小隙間。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】