JP2001000019U - 静電容量形音響トランスデューサを試験するためのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 好ましくは音響トランスデューサである１
つないし複数のトランスデューサを集中制御装置から試
験するためのシステム。 【解決手段】 トランスデューサを比較的高い入力抵抗
（６）を有する前置増幅器（４）の入力部に個々に接続
する。集中制御装置からトランスデューサの各々へ試験
用導体を接続する。この試験用導体を、比較的小さな容
量（１０）を介して、トランスデューサと前置増幅器
（４）の入力部との間の接続点に結合させる。これによ
って、トランスデューサの状態に対しては高い感度を有
し、外部の電磁界からは比較的影響を受けにくい、トラ
ンスデューサの試験システムが得られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、好ましくは音響トランスデューサである１つないし複数の静電容量 形トランスデューサを集中制御装置から試験する試験システムであって、前記ト ランスデューサを比較的高い入力抵抗を有する前置増幅器の入力部に個々に接続 し、前記集中制御装置から前記トランスデューサへ更に試験用導体（test condu it）を接続し、前記試験用導体と該試験用導体に介在させたキャパシタとを介し て前記トランスデューサと前記前置増幅器の前記入力部との間の接続点へ伝送す る試験用信号によって前記トランスデューサの各々の試験を行なうようにした、 試験システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

前置増幅器と接続配線とを備えた測定用の静電容量形マイクロホンであって、 そのマイクロホンの各々を比較的高い入力抵抗を有する前置増幅器の入力部に接 続した、１つないし複数のマイクロホンを試験することが公知となっている。そ れらマイクロホンは、試験を任意自動的に実行する１つの集中制御装置から離れ た夫々の位置に配置してあっても良い。集中制御装置からは、各々のマイクロホ ンへ、個々の試験用導体を介して試験用信号を伝送するようにしている。この公 知の方法では、試験用導体はマイクロホンのシャシ端子に接続されている。試験 用信号はマイクロホンの静電容量を介して伝達される。最近の前置増幅器は、こ の試験用信号に対する応答出力が、マイクロホンの容量に殆ど無関係となるよう にしてあるため、マイクロホンの容量が非常に大きな値になっていたり、場合に よってはその容量が短絡していたりしても、そのマイクロホンの容量の変化を検 出することができない。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

より以前からあった、比較的大きな入力容量を有する前置増幅器は、トランス デューサの容量の変化に対する感度を僅かながら持っていた。しかしながらその 感度は非常に小さく、概してその感度の大きさは、本考案に係る方法によって実 現可能な感度よりも小さかった。更に加えて、特に大規模な測定システムに関連 して、外部の電磁界が技術上の問題となっていた。即ち、公知の集中制御装置を 用いて構成した測定システムでは、マイクロホンのシャシ端子と前置増幅器のシ ャシ端子とが分離していたため、外部の電磁界の影響を受け易いという問題があ った。

【０００４】 米国特許第４６４８０７８号に開示されている複数の音響トランスデューサを 試験するためのシステムでは、試験用信号をシールド・ケーブルのシールドと内 部導線との間の容量を介して、個々のトランスデューサと増幅器との間の接続点 へ伝達するようにしている。しかしながらこのシステムが明らかにすることがで きるのは、その増幅器と、集中制御装置へ接続しているケーブルとが正常である か否かということだけである。このシステムは、トランスデューサの容量が変化 したか否かを示すことはできない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案の目的は、前述のタイプのシステムであって、各々のトランスデューサ の状態に対する感度が高く、しかも、それにもかかわらず、外部の電磁界の影響 を比較的受け受けにくいシステムを提供することにある。

【０００６】 本考案に係る方法は、前述のタイプのシステムにおいて、前記試験用導体に、 非常に高い等価並列抵抗（漏れ抵抗）を有する比較的小さな容量を介在させるこ とと、該試験用導体を介して測定した周波数特性を、以前に測定しておいた特性 と比較することによって、前記トランスデューサに誤差が存在している場合にそ の誤差を明らかにするようにしたこととを特徴とする。そのキャパシタが非常に 高い等価並列抵抗（漏れ抵抗）を有するものであるため、動作周波数範囲内の最 低周波数においても試験を実行して周波数特性を求めることができ、それによっ て、トランスデューサに誤差が存在している場合にその誤差を示すことができる 。

【０００７】 更に本考案においては、前記試験用導体に介在させる前記キャパシタの前記等 価並列抵抗（漏れ抵抗）の抵抗値を、例えば約１０⁷ＭΩにすることができる。 前記試験用導体に介在させる前記キャパシタは、例えば、一方の側面にハンダ 付け層を設け、他方の側面に導電経路を設けた基板によって得ることができる。 このようにして得たキャパシタは、極めて高い等価並列抵抗（漏れ抵抗）を有す る。そのため、動作周波数範囲内の最低周波数においても試験を実行することが できる。

【０００８】 本考案は更に、好ましくは静電容量形トランスデューサである１つないし複数 のトランスデューサを集中制御装置から試験する試験方法であって、前記トラン スデューサを比較的高い入力抵抗を有する前置増幅器の入力部に個々に接続し、 前記集中制御装置から引き出した試験用導体を前記トランスデューサの各々に接 続した、トランスデューサの試験方法を実行するためのシステムに関するもので もある。このシステムは、前記試験用導体を、非常に高い等価並列抵抗（漏れ抵 抗）を有する比較的小さなキャパシタを介して、前記トランスデューサと前記前 置増幅器の前記入力部との間の接続点へ接続したことを特徴としており、こうす ることによって、トランスデューサを制御するための特に有利なシステムが得ら れている。

【０００９】 更に加えて、本考案においては、前記試験用導体を前記集中制御装置内の切換 スイッチに結合しておき、該切換スイッチを、シャシと試験用ＡＣ電圧との一方 に接続するようにしても良い。

【００１０】 更に、本考案においては、前記試験用導体に介在させる前記キャパシタを、ケ ーシングに取付けて該ケーシングのその他の部分から電気的に絶縁した調節自在 なネジによって得るようにすることもできる。

【００１１】 最後に、本考案においては、前記試験用導体に介在させる前記キャパシタを、 前記ケーシングと前記前置増幅器との間の独立したユニットとして形成したアダ プタに取付けた調節自在なネジによって得るようにすることもできる。このよう に構成したユニットは、必要な給電線とセットにして、別売りのユニットとして 流通させることができる。

【００１２】 以下、本考案について、添付図面を参照しつつ更に詳細に説明して行く。

【００１３】

【考案の実施の形態】

本考案は、複数のマイクロホン等のトランスデューサを、１つの集中制御装置 から遠く離れた夫々の位置に配置してある場合でも、それらトランスデューサの 試験を行なうことのできる、トランスデューサの試験システムに関するものであ る。例えば、空港において、航空機の騒音を連続して測定及び記録することが必 要になることがある。それが必要となるのは、騒音が非常に大きい航空機に対し 、ペナルティとして、離着陸の許可回数の削減という処分をしたり、罰金を科し たりするためである。この場合には、その騒音を記録するために、多数のマイク ロホン・ユニットを備えた総合的な測定システムを使用する必要がある。また、 この種の測定システムにおいて全てのマイクロホンに、確実に正常に機能させる ためには、それらマイクロホンの試験を定期的に行なう必要がある。許容騒音限 度を超えた大きな騒音は重大な結果をもたらすこともあるため、この種の測定シ ステムの精度に関する信頼性は極めて重要である。

【００１４】 図１は、コンデンサマイクロホン（静電容量形マイクロホン）２と前置増幅器 ４とから成る公知のマイクロホン・ユニットを示した図である。キャパシタ５は 前置増幅器４の入力容量と給電線のキャパシタとの和を表わしている。入力抵抗 ６は前置増幅器４の入力抵抗を表わしたものである。キャパシタ５の典型的な値 は例えば０．２ｐＦであり、抵抗６の典型的な値は例えば５×１０¹⁰Ωである。 マイクロホン２の容量の値は約２０ｐＦである。マイクロホン２の一方の入力端 子には試験用導体８が接続されており、この接続によって、例えば１００ｍＶの 試験用信号を、ある１つの周波数で、或いは幾つかの離散した周波数で、試験用 導体８と集中制御装置の中の切換スイッチ１とを経由させて伝送できるようにし ている。

【００１５】 図２は、図１のものの等価回路図であり、切換スイッチ１が図１に示した切換 位置にあるときの等価回路を示している。この図２から分かるように、コンデン サマイクロホン２が短絡した（Ｃm ＝∞）場合でも、本考案に係るシステムとは 異なり、前置増幅器４の出力信号Ｖout は非常に僅かに変化するだけである。こ れに対して、本考案に係るシステムは、非常に感度が高く、たとえ１％程度の小 さな変化であっても検出することができる。そのような小さな変化が生じること があるのは、例えば、マイクロホンの構成素子どうしの相対位置がずれてしまっ た場合や、マイクロホンの振動膜の張力が衰えて、振動膜と背極との間に印加さ れる偏極電圧によって、振動膜が背極へ引き寄せられるようになってしまった場 合である。図示の公知のシステムでは、マイクロホンが短絡する（Ｃm ＝∞）こ とによって生じる変化は非常に小さいため、殆ど測定することができない。これ は次の式で示される。

【００１６】

【数１】 Ｖout ／Ｖin＝［Ｃm ／（Ｃm ＋Ｃi ）］Ａ この式において、 Ｃm は、マイクロホンの容量、 Ｃi は、前置増幅器の入力容量、そして、 Ａは、前置増幅器の増幅率である。 前置増幅器が管球式増幅器である場合には、その入力容量の典型的な値は例え ば３ｐＦであり、また、その増幅率の典型的な値は例えば０．９５である。その 場合に、マイクロホンとして、容量が２０ｐＦの、典型的な１／２インチ（約１ ２．５mm）のマイクロホンを使用したものとすれば、電圧比の値は次のようにな る。

【００１７】

【数２】 Ｖout ／Ｖin＝２０／（２０＋３）・０．９５＝０．８３ 振動膜が破損した場合やマイクロホンの内部に水滴が付着した場合には、マイ クロホンの容量が短絡状態となって相当に大きな測定誤差が発生するおそれがあ る。そのような非常に大きな誤差が発生するようになったならば、この電圧比の 値が０．８３から０．９５へ変化するため、大きな測定誤差が発生しているとい うことを集中制御装置において検出することができる。しかしながら、このシス テムは容量の変化に対する感度が低いため、小さな変化は検出することができな い。

【００１８】 本考案に係るシステムでは、例えば容量の変化が５％であったならば、出力信 号Ｖout の変化も５％となるような、比例関係が得られる。 上述の公知のコンデンサマイクロホンは、ケーシングの部分と、そのマイクロ ホンのその他の部分（前置増幅器４を含む）との間を絶縁しておく必要があり、 なぜならば、試験用信号の伝送時にはそれら２つの部分が互いに絶縁されていな ければならないからである。また、集中制御装置内の切換スイッチ１によって、 コンデンサマイクロホン２を約１００ｍＶの試験用電圧とシャシとのいずれか一 方へ接続するようにしている。シャシへの接続が集中制御装置内の切換スイッチ １を介して行なわれるということは、比較的長い導電経路を介してその接続がな されるということに他ならず、それによって、関係のない信号を拾ってしまうお それがある。

【００１９】 試験用導体８’には、比較的小さなキャパシタ１０が介在しており、このキャ パシタ１０は、コンデンサマイクロホン２と前置増幅器４の入力部との間の接続 点に結合している。キャパシタ１０の大きさは約０．１ｐＦであり、これは容量 ５の大きさに等しい。そのため、コンデンサマイクロホン２が短絡したときには 前置増幅器４の出力信号Ｖout に非常に大きな変化が発生し、従って約１％程度 の小さな容量変化でも検出することができる。ただし、キャパシタ１０の並列抵 抗（漏れ抵抗）の値を１０⁷ＭΩとして、その漏れ電流が、キャパシタ１０の容 量電流の約１００分の１の大きさになるようにしておく必要があり、なぜならば 、そうしておかないと、動作周波数範囲内の低域部分に許容できない程の大きな 周波数非線形性が生じてしまうからである。それゆえ、典型的なコンデンサマイ クロホン・システムを、例えば、２０Ｈｚの低域側カットオフ周波数で試験する ためには、並列抵抗（漏れ抵抗）の値として、１０⁷ＭΩという値を用いる必要 がある。

【００２０】 このように高い漏れ抵抗を伴う小さなキャパシタ１０を、本考案では、一方の 側面にハンダ付け層１２を設け、他方の側面に導電経路（不図示）を設けた基板 １４（図５参照）によって得るようにしている。こうすることによって、漏れ電 流が非常に小さくなる。また、こうすることによって、容量が非常に小さくなる 上に、その小さな容量に対して、レーザ・ビーム等の研削手段を用いてハンダ付 け層１２の一部を削り落とすという方法でトリミングを施すことも可能になる。 この基板を形成するために、例えば、前置増幅器４を搭載している回路板を利用 するようにしても良い。

【００２１】 以上のようにしてあるため、コンデンサマイクロホン２が故障ならば、試験用 導体８’へ１０Ｖの大きさの試験用信号を送出したときに得られる前置増幅器４ の出力信号の大きさが、故障する前と比べて顕著に変化することになる。この出 力電圧は次の式で表わされる。

【００２２】

【数３】 Ｖout ＝Ｖin・Ｃc ／（Ｃm ＋Ｃi ＋Ｃc ）・Ａ 従って、Ｖout ＝Ｑin／（Ｃm ＋Ｃi ＋Ｃc ）・Ａ 従って、Ｖout ＝Ｑin／（Ｃm ＋Ｃi ）・Ａ なぜならば、Ｃc ≪ Ｃm ＋Ｃi 以上の式において、 Ｃc は、それを介して試験用信号を伝達するところの容量、 Ａは、増幅率、そして、 Ｑinは、入力電荷である。 ここで、夫々の値が、 Ｖin＝１０Ｖ、Ｃc ＝０．１ｐＦ、Ｃm ＝２０ｐＦ、Ｃi ＝０．２ｐＦ、 そして、Ａ＝０．９９５、 であるものとすれば、その結果、

【００２３】

【数４】 Ｖout ／Ｖin＝｛０．１／（２０＋０．２＋０．１）｝０．９９５ ＝４．９×１０^-3 が得られ、これは、試験用信号が１０Ｖであれば、Ｖout ＝４９ｍＶであること を表わしている。

【００２４】 もし、Ｃm が短絡に相当する無限大（∞）へ変化したならば、Ｖout は略々「 ０」になる。幾つかの異なった周波数で試験を行なえば、その周波数特性が以前 に測定しておいた特性に対して変化しているか否かを知ることができ、それによ って誤差の発生原因を推定することもできる。

【００２５】 ただし、上述の漏れ抵抗の値を非常に高い値としておくことが重要であり、そ の実用上の値は１０⁷ＭΩである。また一般的に、上述の容量が充分に安定して いる必要があり、即ち、温度変化に対しても、また経時変化に対しても、それに 伴うその容量の大きさの変化が１％を超えないような安定性が一般的に必要とさ れる。

【００２６】 更にその容量の大きさは、一般的に、マイクロホンの容量の大きさの１００分 の１程度とし、即ち、０．１ｐＦ以下とする。 試験用導体８’に介在させるこの比較的小さなキャパシタは、上述の方法とは 別の方法で得ることもでき、それは、マイクロホンのケーシング２０に、或いは 、ケーシング２０と前置増幅器との間のアダプタ１９に、そのケーシングないし アダプタのその他の部分からは絶縁して取付けた、調節自在なネジ１６によって 得るというものである。この調節自在なネジ１６は、コンデンサマイクロホンと 前置増幅器との間を接続する固定した導線１７に対して、小さな容量を持つ（図 ６を参照されたい）。このネジ１６に、試験用導体８’を接続する。この構成の 特に重要な特徴は、その容量が非常に安定したものとなるということである。そ の容量の大きさが安定していさえすれば、その容量の正確な値は必ずしも知って おく必要はない。

【００２７】 図７は、ケーシングに収容した前置増幅器１８と、アダプタ１９と、マイクロ ホンのケーシング２０とから成る、マイクロホン・ユニットの全体を示した図で ある。

【００２８】 もし誤差が発生していれば、入力電圧Ｖinに対する出力電圧Ｖout の比率の周 波数特性に基づいてその誤差を検出することができ、また、その周波数特性に基 づいて、コンデンサマイクロホン２を交換すべきか否かを判定することもできる 。このようにしてマイクロホン２を交換すべきか否かを判定できるということは 、１つの集中制御装置から遠く離れた夫々の位置に多数のマイクロホンが配置さ れている場合には実際上の大きな利点となる。

【００２９】 本考案に係る方法は更に、圧電形の水中マイクロホンや加速度計等をはじめと する、その他の容量形トランスデューサに対しても適用可能であり、例えば加速 度計が適正に装着されているか否かの管理に利用することもできる。

【００３０】 本考案に係るシステムは更に、外部の電磁界、例えば空港の近くに発生してい るレーダによる電磁界等からの影響を比較的受けにくくなっており、それは、マ イクロホンのシャシ端子から前置増幅器のシャシ端子までの導線経路が極めて短 いからである。換言すれば、非常に効率的なシャシ接続が得られるようになって いるのである。

【００３１】 マイクロホンの内部に水滴が付着することや、コンデンサマイクロホンに短絡 が発生すること以外の、その他の誤差の発生原因としては、例えば静電荷が不適 正になるということがある。即ち、コンデンサマイクロホンは、その振動膜に帯 電させた電荷が不適正となることがある。その電荷が不適正になると、それによ ってコンデンサマイクロホンの容量が変化してしまう。本考案に係るシステムを 用いれば、これによって発生するマイクロホンの小さな誤差や、振動膜の張力の 僅かな変化でさえも検出することができる。

【００３２】 重要なことは、測定精度が既知となっていることであり、また更に、その測定 精度が徐々に変化するようなことがないということである。これらが満たされた 後にはじめて、許容騒音レベルを超える騒音に対して罰金を科すという判断を下 せるようになる。

【００３３】 トランスデューサないし各々の前置増幅器と集中制御装置とを接続している導 線も併せて試験される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、前置増幅器を備えた公知の静電容量形
マイクロホンを示した図、

【図２】図２は、図１に対応した等価回路図、

【図３】図３は、本考案に係る試験用導体を備えた静電
容量形マイクロホンの回路を示した図、

【図４】図４は、図３に対応した等価回路図、

【図５】図５は、本考案に係る試験用導体の一部を示し
た図、

【図６】図６は、前置増幅器とケーシングとの間に介挿
することのできるアダプタであって、ケーシングのその
他の部分から電気的に絶縁して取付けた調節自在な金属
製のネジを備えたアダプタを示した図、そして、

【図７】図７は、マイクロホン・ユニットの全体を示し
た図である。

【符号の説明】

１ 切換スイッチ ２ コンデンサマイクロホン（静電容量形マイクロホ
ン） ４ 前置増幅器 ５ キャパシタ １０ キャパシタ ６ 入力抵抗 ８ 試験用導体 ８’ 試験用導体 １２ ハンダ付け層 １４ 基板 １６ 調節自在なネジ １７ 導線 １８ 前置増幅器 １９ アダプタ ２０ ケーシング

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】好ましくは静電容量形トランスデューサで
   ある１つないし複数のトランスデューサを集中制御装置
   から試験する試験方法であって、前記トランスデューサ
   を、比較的高い入力抵抗（６）を有する前置増幅器
   （４）の入力部に個々に接続し、前記集中制御装置から
   の試験用導体を前記トランスデューサの各々に接続し、
   また前記試験用導体（８’）を、比較的小さなキャパシ
   タ（１０）を介して前記トランスデューサと前記前置増
   幅器（４）の前記入力部との間の接続点へ接続してある
   請求項１ないし５のいずれかに記載の試験方法を、実行
   するためのシステムにおいて、 前記試験用導体（８’）内の比較的小さな前記キャパシ
   タ（１０）が、非常に高い等価並列抵抗（漏れ抵抗）を
   有すること、を特徴とするシステム。
2. 【請求項２】前記試験用導体（８’）内の前記キャパシ
   タ（１０）が、約０.１ｐＦの値を有すること、を特徴
   とする請求項１記載のシステム。
3. 【請求項３】前記キャパシタ（１０）の前記等価並列抵
   抗が、１０⁷ＭΩの大きさであること、を特徴とする請
   求項１または２記載のシステム。
4. 【請求項４】前記試験用導体（８’）内の前記キャパシ
   タが、ケーシング（２０）における調節自在なネジであ
   り、該調節自在なネジを該ケーシングのその他の部分か
   らは電気的に絶縁したこと、を特徴とする請求項１ない
   し３記載のシステム。
5. 【請求項５】前記試験用導体（８’）内の前記キャパシ
   タが、前記ケーシング（２０）と前記前置増幅器（１
   ８）との間の別個のユニットとして形成したアダプタ
   （１９）における調節自在なネジ（１６）であること、
   を特徴とする請求項１ないし３記載のシステム。