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オーディオ 日記

スピーカの周波数特性をスマホで簡単測定 – 測定用マイクロホン(簡易型)の製作

測定用マイクロホン(簡易型)を自作する

エレクトリック・コンデンサ・マイクロホンにはマイクロホンとアンプ回路が内蔵されており、またスマートフォンにはマイク用の電源が内蔵されているので、4極の3.5mmミニ・プラグを接続するだけで製作することができます。

とはいっても、製作には注意点もあるので、本ブログで紹介します。

4極プラグにエレクトリック・コンデンサ・マイクロホンを接続するだけで簡単に製作できる

必要な部品・機材・ソフト

製作に使用した部品は、以下の通りです。

  • マイクロホン primo製 EM158
  • 3.5mm 4極ミニプラグ MP-435
  • 熱収縮チューブ
  • 細い電線(ポリウレタン電線、耐熱電線)
  • スマートフォン(4極ミニジャック付き)
  • Spectroid(スマホ用アプリ)

エレクトレット・コンデンサマイクロホン

本製作の中核となる部品です。数10円から売られていますが、ここでは250円もする部品を選びました。

測定器を保有していて、あとから補正するのであれば様々な選択肢があると思います。しかし、測定器をもっていないから自作するのであって、そういったときは信頼のあるメーカの製品の中から選ぶことで、失敗のリスクを下げます。primoは日本が誇るマイク製品の老舗メーカで、またEM158のデータシートから周波数特性がフラットであったことから選定しました。

250円もするprimo製エレクトレット・コンデンサ・マイクロホンEM158

なお、秋月電子通商で販売されているEM158は、内蔵コンデンサなしのタイプです。ボクの環境では問題ありませんでしたが、条件によってはスマートフォンが発する電波の影響を受けるかもしれません。ノイズが混入する場合は、モバイル接続やWi-Fi接続、BluetoothなどをOFFにすればよいでしょう。

マイクロホンに電線を半田付けする

ポリウレタン電線と、耐熱電線を半田付けするときは、マイクロホンを金属製のクリップなどで放熱した状態で、速やかに行います。加熱し過ぎると特性が劣化してしまうからです。また、半田付け直後は、振動や衝撃、気流などを与えないように十分に注意してください。エアダスターなどを使った急冷や、半田吸い取り器の使用は厳禁です。EM158に限らず、全てのエレクトリック・コンデンサ・マイクロホンが熱や加熱時の衝撃に対して、とてもデリケートで、ボクも冷やすのを急ぐあまりに急冷して壊したことがあります。

半田付け作業の時短のコツは、はじめに少しだけ半田をマイクロホンの端子に盛っておき、予め半田でメッキした電線をマイクロホンの端子に半田付けすることです。マイクロホン側の半田は、一度、半田付したら外さないようにしてください。

下図はプラス(マイク出力)側にポリウレタン電線を、GND側に黒色の耐熱電線を半田付けした例です。

ポリウレタン電線と、耐熱電線を半田付けするときは、マイクロホンを金属製のクリップなどで放熱した状態で、速やかに行う

3.5mm 4極ミニ・プラグ

4極ミニ・プラグは、ビデオカメラ、オーディオ・プレーや、スマートフォン、パソコン、Raspberry Piなどで使用されていますが、端子の配列が様々です。

3.5mm 4極ミニ・プラグ の一例・MP-435(マル信)

ミニ・プラグに電線を半田付けする

スマートフォンでは、CTIA規格のものが多く、プラグの先端から(1)ヘッドホン用L、(2)ヘッドホンR、(3)GND、(4)マイクの順です。この(4)マイクの端子が、プラグの根元にくる点に、注意してください。

下図のように、ポリウレタン電線すなわちマイクのプラス端子をプラグのシールド線用の端子(プラグの根元)に、GND端子をプラグの先端から3番目の端子に接続します。※意識しておかないと逆に接続してしまいます。

マイクのプラス端子を、プラグのシールド線用の端子(プラグの最も奥の端子)に接続する

電線をプラグに半田付けする前に、プラグ用のカバーと熱収縮チューブを、下図のように挿入しておくことを忘れないようにしてください。

プラグに電線を半田付けする前に、プラグ用のカバーと熱収縮チューブを、挿入しておく

マイクロホンの接着にも注意が必要

最後に、マイクロホンと熱収縮チューブを接着すれば完成、ですが、接着にも注意が必要です。接着剤がマイクロホン内部に混入しないことと、基板のスルーホールを塞がないようにします(EM158のスルーホールは塞いでも良いかもしれない)。接着剤には、揮発性の溶剤が含まれているので、接着後に接着剤の成分がマイクロホンに入ってしまう場合があります。接着剤が乾くまで、ポリイミドテープで音孔を塞いでおくと良いでしょう。

完成例を下図に示します。当初の想像以上に手間がかかります。また、製作を通して、マイクの製造には手間がかかることにも気付いたことと思います。製品としてのマイクを買うときも、信頼と実績のあるメーカの商品をお奨めします。

電線をつなぐだけなのに、わりと手間のかかったマイクロホンの完成例

電圧確認

念のために、使用したスマホのマイク用電源の動作について確認しました。開放時の電圧とマイク接続時の電圧から、スマホ内のマイク用の電源電圧は2.7V程度で、負荷抵抗は1.8kΩ程度(電源直流0.5mAと想定)と、EM158のデータシートの条件に概ねあっていました。

項目結果
開放時マイク端子電圧2.7 V
マイク接続時のマイク端子電圧1.8 V
スマホ側の負荷抵抗(計算値)1.8kΩ程度

スマホ内蔵マイクロホンとの差

下図のグレー色のグラフは、スマートフォン内蔵のマイクロホンによる測定結果の一例、緑色は製作したマイクロホンによる測定結果の一例です。どちらも同じスピーカを同じ設置条件で測定しました。レベルは比較しやすいように調整しました。

グレー色のグラフは、スマートフォン内蔵のマイクロホンによる測定結果の一例。緑色は製作したマイクロホンによる測定結果の一例

細かな変化は、スピーカの特性や周囲の反射物などの影響によるものです。とはいえ、グレー色の内蔵マイクロホンは最大で20dBくらいの変動があるのに対し、緑色の製作品は概ね10dB以内におさまっていることが分かります。

内蔵マイクロホンの60~100Hz付近の低音については、スマホ本体が受けた空気振動の影響を受けた可能性が考えられます。製作したマイクロホンと位相も異なっていることから、スマホ本体を支えていた人体(筆者)からの影響もありそうです。製作品では、スマホから少し飛び出した形状になっている分、影響を受けにくかったものと思います。

内蔵マイクロホンの4kHz(波長8.5cm)については、スマホ本体の大きさによる影響の可能性が考えられます。こちらも製作品は、影響を受けにくかったようです。

ご注意

ここで製作した測定用マイクロホン(簡易型)は、測定器ではありません。得られた値で、測定対象の性能を謳ったり表示することは出来ません。

by bokunimo.net