JP2005277489A - ２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 ２線式で電源の供給と信号の取り出しを行うエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、２つのマイクロホンユニットを備えて２次音圧傾度型のエレクトレットコンデンサマイクロホンを実現する。
【解決手段】 第１，第２コンデンサマイクロホンユニット１０，２０ともにその振動板を同一のエレクトレット材にて形成するとともに、各固定極側にも同一のエレクトレット材からなるエレクトレットボードを設け、第１コンデンサマイクロホンユニット１０は振動板側のみにマイナス電荷を帯電させて信号出力が正相である膜エレクトレットとし、第２コンデンサマイクロホンユニット２０はエレクトレットボード側のみにマイナス電荷を帯電させて信号出力が逆相であるバックエレクトレットとし、その正相信号出力と逆相信号出力とを交流的に接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンに関し、さらに詳しく言えば、２線式で電源の供給と信号の取り出しが可能であり特に接話マイクロホンに好適な２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンに関するものである。

特許文献１に記載されているように、接話マイクロホンは球面波の近接作用を利用したもので、遠くから到来する音波に対しては感度が低いが近接音源に対しては適切な出力レベルが得られるように設計されている。指向性は単一指向性の部類に含まれ、特に周囲の騒音が大きい環境下で話者の声を明瞭ら収音する目的で使用される。

通常、接話マイクロホンにはエレクトレットコンデンサマイクロホンが用いられているが、この種のエレクトレットコンデンサマイクロホンには２線式で電源の供給と信号の取り出しを行う方式が多用されている。この方式を一部のメーカではプラグインパワーと称している。

その一例を図３により説明すると、接話マイクロホン用途のエレクトレットコンデンサマイクロホンは通常一つのコンデンサマイクロホンユニット１を備え、コンデンサマイクロホンユニット１にはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２が内蔵されている。マイクロホンの使用にあたっては２線式ケーブル３を介して外部の直流電源Ｅと接続される。

すなわち、ＦＥＴ２のドレイン２ｄは２線式ケーブル３の芯線３ａと接続され、外部の直流電源Ｅからその負荷抵抗Ｒを介して所定の電流が供給される。また、ＦＥＴ２のドレイン２ｄに現れる信号は芯線３ａを介して外部に出力される。なお、コンデンサマイクロホンユニット１の一方の極はＦＥＴ２のゲート２ｇに接続され、他方の極およびＦＥＴ２のソース２ｓはともに２線式ケーブル３のシールド線３ｂを介して接地される。

特開２００３−９２７５号公報

エレクトレットコンデンサマイクロホンに対して上記の２線式で電源の供給と信号の取り出しを行う方式で用いられる外部の直流電源Ｅの電圧および負荷抵抗Ｒの抵抗値は各メーカごとにそれぞれの仕様が決められており統一されていない。現在のところ、例えば電源電圧は１．５〜２０Ｖ程度の範囲内で、また負荷抵抗は６８０〜５．６ｋΩ程度の範囲内で適宜決められている。

接話マイクロホンを含めて一般に市販されているエレクトレットコンデンサマイクロホンはコンデンサマイクロホンユニットが一つでこれに伴って内蔵されるＦＥＴも一つであるため、外部の直流電源から供給される電圧および負荷抵抗が異なっても上記の範囲内であれば動作可能である。

接話マイクロホンの指向性をより狭めるには正相と逆相の２つの単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを用いて２次音圧傾度型とすればよいことが知られている。しかしながら、その場合には２つのＦＥＴが用いられることになるため次のような課題が生ずることになる。

例えば、外部から供給される電源電圧が１．５Ｖ程度の低い電圧では２つのＦＥＴを直列としては動作させることができない。並列であれば１．５Ｖ程度の低い電圧でも２つのＦＥＴを動作させることが可能であり、この場合には各ＦＥＴのドレインを交流的に接続することにより各マイクロホンユニットの信号を加算することができる。

しかしながら、２つのマイクロホンユニットがともに膜エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットもしくはバックエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットのいずれかである場合には、その各信号を上記のように加算したのでは無指向性となってしまい２次音圧傾度型にはならない。このような理由により、現在のところ２線式エレクトレットコンデンサマイクロホンでは２次音圧傾度型のものが作製されていない。

したがって、本発明の課題は、２線式で電源の供給と信号の取り出しを行うエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、２つのマイクロホンユニットを備えて２次音圧傾度型のエレクトレットコンデンサマイクロホンを実現可能とすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、対向的に配置される振動板および固定極と、インピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とをそれぞれ備えている第１および第２の２つのコンデンサマイクロホンユニットを含む２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、上記第１，第２コンデンサマイクロホンユニットの上記固定極の各々にエレクトレットボードが設けられており、上記第１，第２コンデンサマイクロホンユニットの上記各振動板と上記各エレクトレットボードとがともに同一のエレクトレット材からなり、上記第１コンデンサマイクロホンユニットではその振動板側のみにマイナス電荷が帯電されるのに対して、上記第２コンデンサマイクロホンユニットではその固定極側のみにマイナス電荷が帯電され、上記第１，第２コンデンサマイクロホンユニットの上記各ＦＥＴのドレインが交流的に接続され、その各ドレイン信号が加算されて出力されることを特徴としている。

ＦＥＴのＩＤＳＳ（ゲート電圧が０のときの電流）には各ＦＥＴごとにバラツキがあるため、各ＦＥＴの直流的なバランスをとるうえで上記各ＦＥＴのドレイン間がＩＤＳＳ調整用の可変抵抗を介して接続されていることが好ましい。

本発明においては、上記各ＦＥＴのドレインが交流的に接続された状態で２線式ケーブルの芯線を介して引き出され、上記各ＦＥＴのソースが上記２線式ケーブルのシールド線に接続される。また、本発明には接話マイクロホンの態様が含まれる。

本発明によれば、上記第１コンデンサマイクロホンユニットが膜エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットでそのドレイン信号は正相である。これに対して、上記第２コンデンサマイクロホンユニットはバックエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットでそのドレイン信号は逆相である。したがって、これらのドレイン信号を加算することにより２次音圧傾度型のエレクトレットコンデンサマイクロホンが得られる。

また、上記第１コンデンサマイクロホンユニットに含まれるＦＥＴと上記第２コンデンサマイクロホンユニットに含まれるＦＥＴは並列接続であるから１．５Ｖ程度の低い電圧でも動作可能である。したがって既存の２線式で対応できる。

また、上記各コンデンサマイクロホンユニットの振動板および固定極には同一のエレクトレット材が用いられているため、極性は正相と逆相とで異なるものの同一の指向周波数応答を備えるマイクロホンユニットを作製することができる。これにより、広い帯域にわたって遠方からの騒音は収音せず、近接する音源のみに感度をもつ接話マイクロホンを提供できる。

次に、図１および図２により本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンを示す模式図で、図２（ａ）（ｂ）は本発明に含まれる２つのコンデンサマイクロホンユニットを分解して示す断面図である。

図１に示すように、このエレクトレットコンデンサマイクロホンは２次音圧傾度型であることから、第１および第２の２つのコンデンサマイクロホンユニット１０，２０を備えており、その各々にはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１１，２１がそれぞれ接続されている。

各コンデンサマイクロホンユニット１０，２０は先の図３で説明した２線式ケーブル３を介して外部の直流電源Ｅと接続され、また、その２線式ケーブル３を介して信号が外部に取り出される。本発明を実施するうえで、２線式ケーブル３，外部の直流電源Ｅおよびその負荷抵抗Ｒは特に変更することなくそのまま使用できる。

図２（ａ）に示すように、第１コンデンサマイクロホンユニット１０は支持リング１１１に張設された振動板１１０と固定極１２０とをスペーサリング１３０を介して対向的に配置してなる。図２（ｂ）に示すように、第２コンデンサマイクロホンユニット２０も支持リング２１１に張設された振動板２１０と固定極２２０とをスペーサリング２３０を介して対向的に配置してなる。

振動板１１０，２１０はともに同一のエレクトレット材よりなる。この振動板の一例として、１２μｍ厚のフロロエチレンポリマー（ＦＥＰ）の膜の片面に金を蒸着したものを挙げることができる。

固定極１２０，２２０側にもエレクトレットボード１２１，２２１がそれぞれ設けられている。エレクトレットボード１２１，２２１にも同一のエレクトレット材が用いられるが、振動板１１０，２１０とエレクトレットボード１２１，２２１の全部が同一のエレクトレット材（例えばＦＥＰ）であることが好ましい。なお、固定極１２０，２２０自体はアルミニウムや銅合金などであってよい。

本発明で重要なことは２つのコンデンサマイクロホンユニット１０，２０のうち、一方を膜エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットとし、他方をバックエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットとすることである。

この例では、第１コンデンサマイクロホンユニット１０を膜エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットとするため、振動板１１０のみにマイナス電荷をチャージ（帯電）し、固定極１２０側のエレクトレットボード１２１には電荷を与えない。

これに対して、第２コンデンサマイクロホンユニット２０をバックエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットとするため、振動板２１０には電荷を与えずに固定極２２０側のエレクトレットボード２２１のみにマイナス電荷をチャージする。

第１コンデンサマイクロホンユニット１０のＦＥＴ１１および第２コンデンサマイクロホンユニット２０のＦＥＴ２１は２線式ケーブル３に対して並列的に接続される。すなわち、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄは２線式ケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続される。

また、各コンデンサマイクロホンユニット１０，２０の一方の極はＦＥＴ１１，２１のゲート１１ｇ，２１ｇにそれぞれ接続され、他方の極はＦＥＴ１１，２１のソース１１ｓ，２１ｓとともに２線式ケーブル３のシールド線３ｂを介して接地に接続される。

ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄを２線式ケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続するにあたって、各ドレイン１１ｄ，２１ｄはカプリングコンデンサＣ１，Ｃ２を介して交流的に接続される。

また、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄには２線式ケーブル３の芯線３ａを介して外部の直流電源Ｅから電流が供給されるが、ＦＥＴには往々にして固有的にそのＩＤＳＳ（ゲート電圧が０のときの電流）にバラツキがある。

そのため、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄを２線式ケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続する場合、各ＦＥＴ１１，２１の直流的なバランスをとるうえでその直流系統に可変抵抗（半固定抵抗）Ｒ１を入れることが好ましい。

第１コンデンサマイクロホンユニット１０は膜エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットであることからドレイン１１ｄの信号出力は正相である。これに対して、第２コンデンサマイクロホンユニット２０はバックエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットであることからドレイン２１ｄの信号出力は逆相である。

本発明においては、上記ドレイン１１ｄの正相信号出力と上記ドレイン２１ｄの逆相信号出力とが加算（すなわち減算）されて２線式ケーブル３の芯線３ａから出力されるため２次音圧傾度型として動作する。その際、上記可変抵抗Ｒ１にて各ＦＥＴ１１，２１の直流的なバランスをとることによりより正確な減算を行うことができる。

また、振動板１１０，２１０およびエレクトレットボード１２１，２２１のエレクトレット材を同一材料とすることにより、２つのコンデンサマイクロホンユニット１０，２０を極性は逆であるものの同一の指向周波数応答を有するユニットとすることができる。

本発明による２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンを示す模式図。 本発明に含まれる２つのコンデンサマイクロホンユニットを分解して示す断面図。 ２線式エレクトレットコンデンサマイクロホンの従来例を示す模式図。

符号の説明

３ ２線式ケーブル
３ａ 芯線
３ｂ シールド線
１０，２０ コンデンサマイクロホンユニット
１１，２１ ＦＥＴ
１１０，２１０ 振動板
１２０，２２０ 固定極
１２１，２２１ エレクトレットボード
Ｅ 直流電源
Ｒ 負荷抵抗
Ｒ１ 可変抵抗
Ｃ１，Ｃ２ カプリングコンデンサ

Claims (4)

1. 対向的に配置される振動板および固定極と、インピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とをそれぞれ備えている第１および第２の２つのコンデンサマイクロホンユニットを含む２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記第１，第２コンデンサマイクロホンユニットの上記固定極の各々にエレクトレットボードが設けられており、上記第１，第２コンデンサマイクロホンユニットの上記各振動板と上記各エレクトレットボードとがともに同一のエレクトレット材からなり、上記第１コンデンサマイクロホンユニットではその振動板側のみにマイナス電荷が帯電されるのに対して、上記第２コンデンサマイクロホンユニットではその固定極側のみにマイナス電荷が帯電され、上記第１，第２コンデンサマイクロホンユニットの上記各ＦＥＴのドレインが交流的に接続され、その各ドレイン信号が加算されて出力されることを特徴とする２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 上記各ＦＥＴのドレイン間がＩＤＳＳ調整用の可変抵抗を介して接続されている請求項１に記載の２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 上記各ＦＥＴのドレインが交流的に接続された状態で２線式ケーブルの芯線を介して引き出され、上記各ＦＥＴのソースが上記２線式ケーブルのシールド線に接続されている請求項１または２に記載の２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の２次音圧傾度型エレクトレットコンデンサマイクロホンからなる接話マイクロホン。

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