JP2006295357A - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】ファントム電源で動作し、かつ、減衰用コンデンサや増幅器によることなく、感度を調整できるようにしたエレクトレットコンデンサマイクロホンの提供。
【解決手段】対向配置された振動板と固定極とを有し、そのいずれか一方に分極処理されたエレクトレット誘電体膜を有するマイクロホンユニット１０と、ゲートＧが固定極１２に接続されソースフォロワーで動作するＦＥＴ２０よりなるインピーダンス変換器とを備え、ファントム電源３０に接続して使用されるエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、ＦＥＴ２０のゲートＧを第１コンデンサ素子Ｃ１を介して固定極１２に接続するとともに、ファントム電源より給電される所定の電圧（例えば４０Ｖ）を固定極１２もしくは振動板１１に印加して感度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファントム電源で動作し、かつ、その感度を調整することができるエレクトレットコンデンサマイクロホンに関する技術である。

静電型マイクロホンのひとつであるエレクトレットコンデンサマイクロホンは、振動板と固定極とをスペーサを介して対向させた状態で組み合わせてなるマイクロホンユニット（電気音響変換器）を備えている。この場合、マイクロホンユニットは、インピーダンスが非常に高いので、インピーダンス変換器として電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と略称する。）を内蔵させることで、出力インピーダンスを数百〜数千オーム程度とすることができるようになっている。

また、コンデンサマイクロホンは、過大な音圧が加えられるとＦＥＴで歪みを発生させることから、該ＦＥＴに入力される電気信号を減衰させるようにしている。

この場合における入力電気信号の減衰は、通常、コンデンサユニットに並列に減衰用コンデンサを接続して行われる。その際の減衰量は、減衰用コンデンサの静電容量を目標とする減衰量に応じてスイッチを断続することで行われているものの、減衰用コンデンサが音質を劣化させるともいわれていることから、音質を劣化させることの少ない高品質な減衰用コンデンサを選択して使用されることになる。

しかも、この場合、減衰用コンデンサは、コンデンサユニットに負荷として接続されることになるので、ＦＥＴ内では信号の歪みを生じさせないものの、マイクロホンユニットからＦＥＴに音声信号が入力される時点で歪みを発生させることがある。

一方、ファントム電源で動作するエレクトレットコンデンサマイクロホンのなかには、例えば下記特許文献１に開示されているように、ＦＥＴに代えて真空管を用いているタイプのものもある。
特開２００４−２２１９１９号公報

上記特許文献１の開示技術によれば、ファントム電源からの供給電圧の一部をスイッチト・キャパシタ型電圧コンバータにて所定の電圧に変換して真空管のヒータ電圧を得るようにしているので、専用の電源を必要とせずに、通常のファントム電源で動作し得る雑音発生の少ないエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することができることになる。

ところで、感度を上げる手法としては、一般に増幅器が用いられているものの、マイクロホンの分野においては、ノイズを増加させるという問題が伴うことからその使用を避け、結局のところコンデンサユニットが有する静電容量に対して並列に減衰用コンデンサを接続することにより感度調整を行うことで対処しているというのが実情である。

また、ＰＡＤと称される減衰用コンデンサには、基板内に組み込でまれてスイッチにより選択される場合と、交換可能なカートリッジ状として構成され、マイクロホンユニットとマイクロホン本体のインピーダンス変換器を含むパワーモジュール部との間に介装される場合とがある。

しかしながら、減衰用コンデンサは、マイクロホンユニットの負荷として接続されるため、音質を劣化させない比較的高価な音響用コンデンサを選定しなければならない不都合がある。また、減衰用コンデンサは、これを用いてもインピーダンス変換器内での信号の歪みは生じさせないものの、マイクロホンユニットからインピーダンス変換器に音声信号が入力される時点では、やはり歪みを発生させる不具合がある。なお、感度を上げようとして増幅器を用いる場合には、ノイズも増幅されてしまうために好ましくない。

本発明は、従来技術の上記課題に鑑み、ファントム電源で動作し、かつ、減衰用コンデンサや増幅器によることなく、感度を調整できるようにしたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、スペーサを介して対向配置された振動板と固定極とを有し、そのいずれか一方に分極処理されたエレクトレット誘電体膜を有するマイクロホンユニットと、ゲートが前記固定極に接続されてソースフォロワーで動作するインピーダンス変換器としてのＦＥＴとを備え、ファントム電源に接続して使用されるエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記ＦＥＴのゲートと前記固定極との間には、第１コンデンサ素子を介在させるとともに、前記振動板もしくは前記固定極のいずれか一方を接地させた状態のもとで、他方には、上記ファントム電源より給電される所定の電圧を印加する感度調整手段を具備させたことを最も主要な特徴とする。

この場合、前記ファントム電源の電圧は、前記エレクトレット誘電体膜が有するバイアス電圧よりも低い電圧であることが好ましい。

また、前記マイクロホンユニットは、前記固定極に前記エレクトレット誘電体膜を有するバックエレクトレットタイプであり、前記振動板側は、第２コンデンサ素子を介して交流的に接地され、前記感度調整手段は、前記ファントム電源の電圧を高抵抗素子を介して前記固定極に印加する感度低下手段と、前記ファントム電源の電圧を前記振動板に印加する感度上昇手段とを備えるものであるのが望ましい。

この場合における前記感度調整手段は、前記感度低下手段により前記ファントム電源の電圧を高抵抗素子を介して前記固定極に印加する場合に前記振動板側を接地する第１スイッチと、前記感度上昇手段により前記ファントム電源の電圧を前記振動板に印加する場合に前記固定極側を前記高抵抗素子を介して接地する第２スイッチとを備えるのが好ましい。

さらには、感度を連続的に調整できるようにするため、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、接地側端子を有する電圧可変の可変抵抗素子を用いることができる。

本発明によれば、振動板もしくは固定極のいずれか一方を接地した状態で、他方にファントム電源より給電される所定の電圧を印加することにより、マイクロホンユニットに実効的に加えられるバイアス電圧が変化し、それに応じた感度が得られる。しかも、減衰用コンデンサを用いないため音質の劣化がない。また、ファントム電源から感度調整用の電圧を得るため、別途にＤＣ／ＤＣコンバータなどの電流を消費する回路も必要としない。

また、ファントム電源の電圧を高抵抗素子を介して固定極に印加する感度低下手段と、ファントム電源の電圧を振動板に印加する感度上昇手段とを備える場合には、収音環境に応じて低感度，高感度を適宜選ぶことができる。さらには、感度低下手段および感度上昇手段に可変抵抗素子を含ませることにより、感度を低感度から高感度までリニアに調整することができる。

図１は、本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの一例のついての回路説明図である。図２ないし図５は、本発明の説明に先立ち、エレクトレットコンデンサマイクロホンの基本的な構成およびバイアス電圧と感度との関係について説明するために示す回路説明図である。

このうち、図２は、マイクロホンユニットとＦＥＴ（インピーダンス変換器）とを接続した回路例を示す説明図である。同図によれば、マイクロホンユニット１０は、支持リング（ダイアフラムリング）１１ａに所定の張力をもって張設された振動板１１と、固定極１２とを図示しないスペーサリングを介して対向させた状態のもとで組み合わされて構成されている。

この場合、マイクロホンユニット１０は、バックエレクトレット型であり、固定極１２側に分極処理されたエレクトレット誘電体膜１２ａが貼着されている。これに対して、振動板１１側にエレクトレット誘電体膜を適用したものがバックエレクトレット型とまったく逆の動作をする膜エレクトレット型であり、該膜エレクトレット型も本発明に含まれる。

振動板１１は、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂薄膜からなり、固定極１２との対向面側に金属蒸着膜を備えた構成のものであってもよい。固定極１２は、アルミニウムや黄銅合金などの金属材からなり、エレクトレット誘電体膜１２ａには、ＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などのエレクトレット材が用いられる。エレクトレット材は、例えばコロナ放電などにより直流の高電圧が印加されると分極化し、その電圧除去後においても分極化が残存する特性を有している。

固定極１２には、ＦＥＴ２０のゲートＧが接続される。ソースフォロワーで動作させる場合、ゲートＧの電圧は、ＦＥＴ２０が大きな信号でも歪みを起こすことなく動作させるため、ドレインＤに印加される電源電圧ＶＣＣのほぼ半分となるように設定されている。これを一例として示せば、電源電圧ＶＣＣが３０Ｖである場合には、ソースＳ側の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧してゲート抵抗Ｒｇを介してゲートＧに１５Ｖが加えられることになる。

また、図２に示すようにゲートＧを固定極１２に直接に接続した場合には、振動板１１側を接地に接続して０Ｖにすると、エレクトレット誘電体膜１２ａが有するエレクトレット電圧が１５Ｖ減じられたことと等価となり感度は低下することになる。

また、図３に示すようにＦＥＴ２０のゲートＧと固定極１２との間に第１コンデンサ素子Ｃ１を接続する場合には、固定極１２には例えば３ＧΩ程度の高抵抗素子Ｒａを介して接地の０Ｖが加わるようにすると、エレクトレット電圧により与えられるバイアスに応じた感度とすることができる。

一方、図４に示すように振動板１１側を接地に接続して０Ｖにした状態のもとで、固定極１２に高抵抗素子Ｒａを介して例えば４０Ｖを加えることで固定極１２側の電圧を上昇させると、図２で説明したと同じ理由により感度は低下することになる。

これとは逆に、図５に示すように固定極１２を高抵抗素子Ｒａを介して接地してその電圧を０Ｖとして、振動板１１を第２コンデンサ素子Ｃ２で交流的に接地した状態で、振動板１２側の電圧を上昇させると感度は上昇することになる。

図１に示す本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、図４および図５に示すそれぞれのエレクトレットコンデンサマイクロホンの上記各感度調整機能を併せ持つように構成されている。

すなわち、本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、出力コネクタ４０およびマイクケーブル５０を介してファントム電源３０と接続して使用される。出力コネクタ４０には、ＥＩＡＪ ＲＣ−５２３６「音響機器用ラッチロック式丸形コネクタ」に規定されているコネクタを好適に用いることができる。該出力コネクタ４０は、接地用の１番ピン４１，信号のホット側の２番ピン４２および信号のコールド側の３番ピン４３の３ピンを備えた構成となっている。

マイクケーブル５０には、平衡２芯シールド被覆線が用いられ、該シールド被覆線は接地用の１番ピン４１と接続されている。ファントム電源３０については、ＥＩＡＪ ＲＣ−８１６２Ａに規定されている電源供給方式のうちのいずれを用いるものであってもよい。

本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、ファントム電源３０より出力コネクタ４０を介してマイクロホンを動作させる直流電流を取り込むことになる。ここで、ファントム電源３０が４８Ｖファントム電源で、マイクロホンの回路で消費される消費電流が約２．３ｍＡであるとすると、２番ピン４２に現れる端子電圧は約４０Ｖとなる。

２番ピン４２に現れる端子電圧４０Ｖは、感度調整用の電圧として使用するものであるが、この場合におけるエレクトレット誘電体膜１２ａのエレクトレット電圧は、６０Ｖとして設計されているものとする。なお、ＦＥＴ２０の電源電圧ＶＣＣ（この例では３０Ｖ）も図示しないトランスなどを介してファントム電源３０から得ることができるようになっている。

既に述べたように、ＦＥＴ２０のゲートＧは、第１コンデンサ素子Ｃ１を介して固定極１２に接続されている。該固定極１２は、感度調整可能とするために高抵抗素子Ｒａを介して電圧４０Ｖの２番ピン４２に接続されているが、もっとも好ましい態様においては、その間に感度低下用の第１可変抵抗素子ＶＲ_１が接続されている。

すなわち、固定極１２を高抵抗素子Ｒａおよび交流接地用のコンデンサ素子Ｃ３を介して接地に接続するとともに、電圧４０Ｖの２番ピン４２と接地との間に可変抵抗素子ＶＲ_１を接続し、その可変抵抗素子ＶＲ_１のスライドスイッチＳＷ_１の基端部を高抵抗素子Ｒａとコンデンサ素子Ｃ３との間に第１スイッチとして接続する。この場合、可変抵抗素子ＶＲ_１の接地側端子をＴａ１，非接地側端子をＴａ２とする。

また、振動板１１側は、図５にも示したように第２コンデンサ素子Ｃ２で交流的に接地するとともに、それと並列的に感度上昇用の可変抵抗素子ＶＲ_２を介して電圧４０Ｖの２番ピン４２に接続する。可変抵抗素子ＶＲ_２は、その一端を接地し、その接地側端子をＴｂ１，非接地側端子をＴｂ２とする。この例においては、高抵抗素子Ｒａが３ＧΩで、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３が１０００ｐＦ，可変抵抗素子ＶＲ_１，ＶＲ_２の最大抵抗値がともに１ＭΩである。

上記した回路構成において、感度を低下させる際には、感度調整手段のうち感度上昇手段として用いられる可変抵抗素子ＶＲ_２のスライドスイッチＳＷ_２を接地側端子Ｔｂ１に第２スイッチとして接続して振動板１１の電圧を０Ｖとし、感度調整手段のうち感度低下手段として用いられる可変抵抗素子ＶＲ_１のスライドスイッチＳＷ_１を非接地側端子Ｔａ２に第１スイッチとして接続して、高抵抗素子Ｒａを介して固定極１２に４０Ｖを印加する。これにより、マイクロホンユニット１０に実効的に加わるバイアス電圧は、２０Ｖ（＝６０Ｖ−４０Ｖ）となり、感度が１０ｄＢ低下することになる。

一方、感度を上昇させる際には、感度調整手段のうち感度低下手段として用いられる可変抵抗素子ＶＲ_１のスライドスイッチＳＷ_１を接地側端子Ｔａ１に第１スイッチとして接続して、固定極１２を高抵抗素子Ｒａを接地電位の０Ｖにするとともに、感度調整手段のうち感度上昇手段として用いられる可変抵抗素子ＶＲ_２のスライドスイッチＳＷ_２を非接地側端子Ｔｂ２に第２スイッチとして接続して、振動板１１に４０Ｖを印加する。これにより、マイクロホンユニット１０に加わる実効的な電圧は、１００Ｖ（＝６０Ｖ＋４０Ｖ）になり、感度は４．４ｄＢ上昇することになる。

本発明は、このようにして構成されているので、可変抵抗素子ＶＲ_１，ＶＲ_２の抵抗値を適宜選択することにより、所望に応じた感度を得ることができる。上述した実施形態によれば、感度調整用の電圧を０〜４０Ｖにまで可変としたことにより、感度を１４．４ｄＢの範囲内で適宜選択することができることになる。

なお、エレクトレット誘電体膜のエレクトレット電圧を低く設計する場合には、感度の可変範囲を大きくすることができるものの、エレクトレット電圧を低くしすぎると、全体の感度が低下するおそれがあるため、好ましくない。また、感度を最大に上昇させたとき、マイクロホンユニット１０のバイアス電圧は、実効的に１００Ｖとなるため、振動板１１が固定極１２側に吸着固定されないように、振動板１１の張力を設計しておく必要がある。

以上、バックエレクトレット型の場合について本発明を説明したが、本発明は、膜エレクトレット型にも適用することができ、その場合には、可変抵抗素子ＶＲ_１が感度上昇用として，可変抵抗素子ＶＲ_２が感度低下用としてそれぞれが用いられることになる。

本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの一例を示す回路説明図。 エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットの基本的な構成を示す回路説明図。 エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットのバイアス電圧と感度との関係を説明するための回路説明図。 エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットのバイアス電圧と感度との関係を説明するための回路説明図。 エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットのバイアス電圧と感度との関係を説明するための回路説明図。

符号の説明

１０ マイクロホンユニット
１１ 振動板
１２ 固定極
１２ａ エレクトレット誘電体膜
２０ ＦＥＴ
３０ ファントム電源
４０ 出力コネクタ
４１ １番ピン
４２ ２番ピン
４３ ３番ピン
５０ マイクケーブル
Ｃ１ 第１コンデンサ素子
Ｃ２ 第２コンデンサ素子
Ｃ３ コンデンサ素子
Ｒａ 高抵抗素子
ＶＲ_１ 第１可変抵抗素子
ＶＲ_２ 第２可変抵抗素子
ＳＷ_１，ＳＷ_２ スライドスイッチ
Ｔａ１，Ｔｂ１ 接地側端子
Ｔａ２，Ｔｂ２ 非接地側端子

Claims (5)

1. スペーサを介して対向配置された振動板と固定極とを有し、そのいずれか一方に分極処理されたエレクトレット誘電体膜を有するマイクロホンユニットと、ゲートが前記固定極に接続されてソースフォロワーで動作するインピーダンス変換器としてのＦＥＴとを備え、ファントム電源に接続して使用されるエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記ＦＥＴのゲートと前記固定極との間には、第１コンデンサ素子を介在させるとともに、前記振動板もしくは前記固定極のいずれか一方を接地させた状態のもとで、他方には、上記ファントム電源より給電される所定の電圧を印加する感度調整手段を具備させたことを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 前記ファントム電源の電圧は、前記エレクトレット誘電体膜が有するエレクトレット電圧よりも低い電圧である請求項１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 前記マイクロホンユニットは、前記固定極に前記エレクトレット誘電体膜を有するバックエレクトレット型であり、前記振動板側は、第２コンデンサ素子を介して交流的に接地され、前記感度調整手段は、前記ファントム電源の電圧を高抵抗素子を介して前記固定極に印加する感度低下手段と、前記ファントム電源の電圧を前記振動板に印加する感度上昇手段とを備えている請求項１または２に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 前記感度調整手段は、前記感度低下手段により前記ファントム電源の電圧を高抵抗素子を介して前記固定極に印加する場合に前記振動板側を接地する第１スイッチと、前記感度上昇手段により前記ファントム電源の電圧を前記振動板に印加する場合に前記固定極側を前記高抵抗素子を介して接地する第２スイッチとを備えている請求項３に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
5. 前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、接地側端子を有する電圧可変の可変抵抗素子からなる請求項４に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
   

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