日本大百科全書(ニッポニカ) 「マイクロホン」の意味・わかりやすい解説
マイクロホン
まいくろほん
microphone
音響信号を受けてそれを電気信号に変換する装置。略してマイクmikeともいう。電話用の送話器もマイクロホンの一種である。1876年にベルが電話を発明した際に、電話送話器として用いたのが最初である。
［吉川昭吉郎］
原理と分類
一般に、音波によって振動板を振動させ、振動板と一体になっているか、振動板に取り付けられた電気音響変換素子で、音波に比例する電気出力を発生させる。電気音響変換の原理から、電磁エネルギーの変化を利用するもの（広義の電磁型）、静電エネルギーの変化を利用するもの（広義の静電型）、電気抵抗の変化を利用するもの（抵抗型）の3種に大別される。
［吉川昭吉郎］
電磁型
広義の電磁型に属するものには、ダイナミックマイクロホン、リボンマイクロホン、マグネチックマイクロホンなどがある。
ダイナミックマイクロホンは、振動板に取り付けられた円筒状のコイルが磁界の中に置かれたもので、構造的にはダイナミックスピーカーと同一である。音波によって振動板が振動すると、コイルが磁界中を動いて発電が行われる。広い周波数範囲、広いダイナミックレンジにわたってひずみのない動作が行われ、業務用から民生用まで広く使われる。動電マイクロホン、ムービング・コイル・マイクロホンともよばれる。
リボンマイクロホンは、高力アルミニウムやチタンなどでつくられた厚さ数マイクロメートルから数十マイクロメートルの薄いリボンを磁界の中に置いて、音波をこのリボンで直接受け、その振動によってリボン自身に発電が行われる仕組みのものである。リボンが振動体と発電素子を兼ねているのが特徴で、特性はよいが、薄くて軽いリボンを使うため、息や風の影響を受けやすい。主として放送などの業務用に使われる。
マグネチックマイクロホンは、振動板を強磁性体材料でつくり、狭い間隙(かんげき)を介して磁性体の対極に永久磁石および固定コイルを置き、振動板が振動して間隙が増減したとき、固定コイルに発電が行われる仕組みを利用するものである。小型、軽量、高感度、かつ安価にできる特徴をもつ。特性のよいものをつくることがむずかしいため、一般用途に使われることは少なくなってきている。
［吉川昭吉郎］
静電型
広義の静電型に属するものには、コンデンサーマイクロホン、エレクトレットマイクロホン、圧電マイクロホンなどがある。
コンデンサーマイクロホンとエレクトレットマイクロホンは、振動板とこれに平行な面をもつ対電極とを薄い間隙を介して対向させる構造をもつ。振動板が振動して間隙が増減すると、振動板と対電極間の静電容量が変化し、あらかじめここに加えられていた電界の強さが変化して、電気出力が取り出される仕組みである。コンデンサーマイクロホンとエレクトレットマイクロホンの違いは、前者が振動板と背電極との間に外部の直流電源から直流電圧を供給して、間隙に一定の電界をかける構造であるのに対し、後者は永久電界が安定に保存される性質をもつエレクトレット材料（永久磁石の電界版と考えればよい）で振動板または対電極のいずれかをつくることにより、直流電源を省略したものである。コンデンサーマイクロホンおよびエレクトレットマイクロホンでは、振動板の厚さは機械的強度が許される限り薄くすることができ、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの薄膜状で使われる。構造が簡単で、安定した特性と高い信頼性をもつものをつくりやすい。感度がよく、広い周波数範囲にわたって良好な特性を得ることができ、小型化も容易なため、業務用から民生用まで用途が広い。とくに精密につくられたコンデンサーマイクロホンは、音響計測の標準器として使われ、日本では、産業技術総合研究所が標準器としての管理を行っている。
圧電マイクロホンは、ロッシェル塩などの圧電結晶や、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）などの圧電磁器でつくられた薄板に力が加えられたとき、圧電気とよばれる起電力が発生することを利用する。小型、軽量にできる特長がある。圧電結晶を用いたものをクリスタルマイクロホン、圧電磁器を用いたものをセラミックマイクロホンとよぶことがある。
［吉川昭吉郎］
抵抗型
抵抗型マイクロホンの実例に炭素マイクロホン（カーボンマイクロホン）がある。炭素の微粉を容器に詰め、その容器の壁の一部（蓋(ふた)）が振動板を兼ねる構造をもつ。炭素粉にあらかじめ一定の直流電流を流しておくと、振動板が振動することにより炭素粉の接触状態が変化して抵抗値が変わり、その結果、直流電流が音の状態に応じて変化することを利用する。
抵抗型では、入力の音は直流電流の形で供給されている電気エネルギーの状態を制御する働きをするだけで、入力される音のエネルギーが出力の電気エネルギーに変換されるわけではない。このため、音響入力よりもはるかに大きな電気出力を取り出すことができ、一種の増幅作用がある。この特別な性質のため、増幅器の性能が低く、高価であったラジオ放送の初期には放送用として重要な役割を果たした。しかし、動作が不安定、雑音が大きい、ひずみが多いなどの欠点があるため、電磁型や静電型などのマイクロホンが実用化されると、放送や録音などの高忠実度が要求される目的には使われなくなった。その後は電話用送話器として長い間使われ、通信業務に大きな役割を果たした。電話機回路が電子化されるに伴い電話用からも撤退し、いまはこの形式のマイクロホンを見ることはほとんどない。
［吉川昭吉郎］
マイクロホンの指向性
マイクロホンの感度が音の入射する方向によって異なる度合いを、マイクロホンの指向性という。あらゆる方向からの音に対して一様な感度をもつ場合を全指向性または無指向性という。一方向だけに高い感度をもつ場合を単一指向性、ある方向とその反対方向に高い感度をもつ場合を双指向性などという。どのような指向性がよいかは、使用目的によって異なる。どの方向からの音も収音するためには全指向性が望ましく、逆に周囲の不要な音を除いて特定方向の音を収音するためには単一指向性が望ましいということになる。
ダイナミックマイクロホンやコンデンサーマイクロホンは、基本的に音が振動板の前面だけに作用するもので、動作上は圧力マイクロホンまたはプレッシャーマイクロホンとよばれるグループに属する。音の圧力には方向性がないので、このようなマイクロホンは基本的に全指向性である。ただし、音の周波数が高くなるにしたがい、正面の感度が大きくなって、単一指向性に近くなる。
リボンマイクロホンは、基本的に音がリボンの両面に作用するようになっている。リボンの振動は両面にかかる圧力の差に比例するが、これは音を伝える媒質粒子の速度に比例することに相当し、動作上は速度マイクロホンまたはベロシティマイクロホンとよばれるグループに属する。媒質粒子の速度には方向性があり、正面と背面からの入射音波に対してリボンはもっともよく振動し、側面からの入射音波に対してリボンは振動しないので、リボンマイクロホンは双指向性をもつことになる。以上述べたことは基本構造であって、ダイナミックマイクロホンやコンデンサーマイクロホンであっても、振動板の前面だけでなく、背面からも音が加わる構造にすれば双指向性になるし、リボンマイクロホンでも背面をふさげば全指向性の特性をもつようになる。また、全指向性マイクロホンと双指向性マイクロホンを組み合わせることにより、単一指向性マイクロホンが得られる。
［吉川昭吉郎］
使用上からみたマイクロホン
これまで述べた基本構造をもとに、使用目的に応じて種々の名称をつけたマイクロホンがつくられている。
(1)ラペルマイクロホン 小型マイクロホンで、上着の襟のボタンホールなどに取り付けて使用する。
(2)接話マイクロホン 唇の直前の音を収音し、野外などで周囲の雑音の影響をできるだけ受けないようにしたものである。帽子に取り付けたり、ヘッドホンと組み合わせたりして使用する例が多い。
(3)超指向性マイクロホン 複数のマイクロホン素子を組み合わせ、その電気出力を電気的に処理したり、パラボラ型の音響反射器などを併用したりして、指向性をとくに鋭くしたものである。
(4)ワイヤレスマイクロホン マイクロホンに小型無線送信機を組み合わせて、マイクロホン出力を電波にのせて送信し、煩わしい電線を省いたものである。
［吉川昭吉郎］
