JP2007225533A - 振動板の張力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定者の個差が介入する余地がほとんどなく、しかも騒音が存在する環境下でも、高い信頼性をもって振動板の張力を測定できるようにする。
【解決手段】被測定物である振動板１１に対して所定の空隙をもって配置される駆動電極１３と、投光側光ファイバー１７ａと受光側光ファイバー１７ｂとを有するファイバープローブ１７を含み振動板１１の振動による変位を非接触で検出する光学的変位検出手段１５と、光学的変位検出手段１５より出力される振動板１１の変位信号を所定に増幅して駆動電極１３に与えて振動板を静電的に駆動する電圧増幅器１４とを含むループにより、振動板１１を持続的に発振させ、そのときの発振周波数を周波数カウンター１９により計数して振動板１１の張力を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンに用いられる振動板の張力を測定する振動板の張力測定装置に関し、さらに詳しく言えば、振動板を持続的に発振させた状態としてその張力を測定する技術に関するものである。

コンデンサマイクロホンは、音波により振動する振動板と固定極とを対向的に配置してなる音響−電気変換器を備えているが、一次音圧傾度型（単一指向性）コンデンサマイクロホンにおける低域限界と固定極に対する吸着安定度は振動板の張力に依存する。そのため、個々のコンデンサマイクロホンにおいて、低域限界と吸着安定度の品質を揃えるには、振動板の張力のバラツキを少なくする必要がある。

通常、振動板は大判サイズのマザーフィルムに所定の張力を加え、その上に複数個の支持リングを接着材を介して配置し、接着材の硬化をまってマザーフィルムから振動板付きの各支持リングを切り出すことにより作製される。本明細書において、支持リングに振動板を張設したものを振動板ユニットということがある。

汎用のコンデンサマイクロホン用途の振動板ユニットについては、一般的に振動板ユニットの状態で個々の張力測定は行われないが、特に音質が重視される例えばスタジオ用コンデンサマイクロホンなどの場合には、高い性能と音質の個差が少ないことが要求される（個差の許容範囲は概ね１０％以内に指定される）。

従来において、振動板の張力測定方法には、大別して、音波で振動板を振動させてその振幅を測定する方法と、交番磁界により振動板を振動させてそのとき放射される音波のレベルを検出する方法とが知られているが、いずれの方法においても基本的には振動板を駆動する周波数を調整して、最大の振幅と音の大きさで共振周波数を測定する。

この共振周波数を測定するにあたって、通常、上記駆動周波数の調整にはスイープ発振器が用いられ、スイープ発振器を操作しながらオシロスコープなどでレベルを確認し、レベルが最大を示すときの周波数を読み取るようにしている。

しかしながら、スイープ発振器を操作するとき、周波数を低い方から高い方にスイープすると読み取り値が真値より高めになり、反対に周波数を高い方から低い方にスイープする場合には読み取り値が真値よりも低めになることがある。また、この操作による誤差はスイープする速度にも依存するため、概して測定の信頼性が低いという問題がある。

そこで、この問題を解決するため、本出願人は、支持リングに張設されている振動板（被測定物）に対して所定の空隙をもって配置される駆動電極と、上記振動板から放射される音波を収音する測定用マイクロホンと、上記測定用マイクロホンから出力されるマイク出力信号を増幅して上記駆動電極に与えて上記振動板を静電的に駆動する電圧増幅器と、上記マイク出力信号の周波数を計測する周波数カウンターとを備えた振動板の張力測定装置を特願２００４−２８６１５２として出願している。

この特願２００４−２８６１５２による先願発明によれば、振動板から放射される音波による測定用マイクロホンのマイク出力信号が電圧増幅器を介して駆動電極に与えられるループが形成され、これによりマイクロホンとスピーカがハウリングを起こす状態に似た方法で振動板が持続的に発振する。

このとき、振動板の張力が高い場合には高い周波数で発振し、振動板の張力が低い場合には低い周波数で発振するため、その発振周波数を周波数カウンターで読むことにより振動板の張力を測定することができる。したがって、従来例のようにスイープ発振器を人手によって操作する必要がないため、測定値に測定者の個差が介入する余地がほとんどなく、信頼性の高い測定を行うことができる。

上記先願発明では、振動板から放射される音波をマイクロホンにて収音するため、周囲がきわめて静かな環境であれば特に問題はない。しかしながら、騒音が多い環境下で測定を行う場合には、その騒音によって振動板から放射される音波がかき消されてしまうことがあるため、測定が困難になる。

振動板から放射される音波を大きくすれば、騒音が多い環境下でも振動板の張力を測定することができる。しかしながら、この場合には駆動電極から振動板により大きな交番磁界を与える必要があるため、その交番磁界の大きさによっては、駆動電極と振動板との間で火花放電が発生し、振動板を焼損させてしまうことがあるので、好ましい解決策とは言えない。

したがって、本発明の課題は、測定者の個差が介入する余地がほとんどなく、しかも騒音が存在する環境下でも、高い信頼性をもって振動板の張力を測定できるようにすることにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、支持リングに張設された状態で固定極と対向的に配置されるコンデンサマイクロホン用の振動板の張力を測定する振動板の張力測定装置において、被測定物である上記振動板に対して所定の空隙をもって配置される駆動電極と、投光側光ファイバーと受光側光ファイバーとを有するファイバープローブを含み上記振動板の振動による変位を非接触で検出する光学的変位検出手段と、上記光学的変位検出手段より出力される上記振動板の変位信号を所定に増幅して上記駆動電極に与えて上記振動板を静電的に駆動する電圧増幅器と、上記振動信号の周波数を計測する周波数カウンターとを備えいることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記駆動電極に単一指向性コンデンサマイクロホンユニット用の音孔を有する固定極が用いられ、上記ファイバープローブが上記固定極の音孔に挿通されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記電圧増幅器の入力前段に上記振動板の変位信号の振幅を所定範囲内に抑えるコンプレッサー回路が接続されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、駆動電極からの交番磁界により振動板が振動し、その機械的変位が投光側光ファイバーと受光側光ファイバーとを有するファイバープローブを含む光学的変位検出手段にて電気信号として検出され、その電気信号（変位信号）が電圧増幅器を介して駆動電極に与えられるループが形成され、これにより振動板が持続的に発振することになる。このとき、振動板の張力が高い場合には高い周波数で発振し、振動板の張力が低い場合には低い周波数で発振するため、その発振周波数を周波数カウンターで読むことにより振動板の張力を測定することができる。したがって、従来例のようにスイープ発振器を人手によって操作する必要がないため、測定値に測定者の個差が介入する余地がほとんどなく、しかも騒音が存在する環境下でも、信頼性の高い測定を行うことができる。

駆動電極に単一指向性コンデンサマイクロホンユニット用の音孔を有する固定極を用い、ファイバープローブを固定極の音孔に挿通するようにした請求項２に記載の発明によれば、実使用状態とほぼ同じ状態で振動板の張力を測定することができる。

電圧増幅器の入力前段に振動板の変位信号の振幅を所定範囲内に抑えるコンプレッサー回路を接続するようにした請求項３に記載の発明によれば、駆動電極に駆動電極と振動板との間で火花放電が発生するような過大な信号が加えられることがないため、振動板の焼損を防止することができる。

次に、図１，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は本発明による振動板の張力測定装置の構成を示す模式的なブロック図で，図２は本発明の好ましい別の実施形態の要部を示す模式的な断面図である。

図１に示すように、この張力測定装置において、振動板１１は支持リング１２に張設された振動板ユニット１０の状態でその張力が測定される。振動板１１には、通常、金属蒸着膜を有する合成樹脂フィルムや金属箔が用いられるが、張力測定にあたっては支持リング１２を介して当該装置のアースに接続される。

この張力測定装置は、基本的な構成として、振動板１１と所定の空隙をもって対向的に配置される駆動電極１３と、駆動電極１３に振動板駆動電圧を与える電圧増幅器（パワーアンプ）１４と、振動板１１の振動に伴う機械的変位を非接触で検出する光学的変位検出手段１５と、光学的変位検出手段１５から出力される電気信号（振動板１１の変位信号）の周波数を計数する周波数カウンター１８とを備えている。

なお、駆動電極１３にコンデンサマイクロホンに組み込まれる図示しない固定極を用いることもできる。すなわち、振動板１１と固定極とを組み合わせたコンデンサマイクロホンユニットの状態でも振動板１１の張力を測定することができる。

光学的変位検出手段１５は、測定器本体１６とファイバープローブ１７とを備える。測定器本体１６には、発光ダイオードなどからなる投光器１６ａと、フォトダイオードなどからなる受光器１６ｂとが含まれており、受光器１６ｂから図示しない所定の信号処理回路を介して電気信号が出力される。

なお、この種の光学的変位検出手段１５には、市販されているものとして例えば株式会社サンテクノ社製の光ファイバー式非接触変位計「オプトメトリックＯＭ−１０型（商品名）」を挙げることができる。

ファイバープローブ１７には、投光器１６ａに光学的に接続される投光側光ファイバー１７ａと、受光器１６ｂに光学的に接続される受光側光ファイバー１７ｂとが含まれ、この例では、それの各先端部が振動板１１の反駆動電極側で振動板１１と非接触で対向的に配置される。

なお、作図の都合上、投光側光ファイバー１７ａと受光側光ファイバー１７ｂは、それぞれ１本として描かれているが、実際には多数本のファイバー束からなる。また、多数本のファイバー束からなる投光側光ファイバー１７ａと受光側光ファイバー１７ｂとを同一のシース内に混在させてもよい。

振動板１１は、金属蒸着膜を有する合成樹脂フィルムや金属箔で光反射性を有しているため、投光器１６ａより投光側光ファイバー１７ａを介して照射された光は振動板１１にて反射され、その反射光が受光側光ファイバー１７ｂを介して受光器１６ｂに入射される。

受光器１６ｂでの受光量は、受光側光ファイバー１７ｂの先端部と振動板１１との距離，すなわち振動板１１の変位に比例する。したがって、振動板１１が振動すると、受光器１６ｂから振動板１１の変位信号（振動信号）が出力される。

この例において、受光器１６ｂから出力される振動板１１の変位信号は、コンプレッサー回路１８を介して電圧増幅器１４に入力される。電圧増幅器１４は、振動板１１の変位信号を所定に増幅した電圧として駆動電極１３に印加し、交番磁界を発生させて振動板１１を駆動する。

このループにより、振動板１１が持続的に発振するが、その際の振幅条件は電圧増幅器１４の増幅度に依存し、位相条件は振動板ユニット１０の音響機械系に依存するが中でも振動板１１の張力に大きく依存するため、振動板１１の張力が高い場合には高い周波数で発振し、振動板１１の張力が低い場合には低い周波数で発振する。

受光器１６ｂから出力される振動板１１の変位信号は、上記発振周波数をもつことから振動板１１の変位信号の周波数を周波数カウンター１９で計数することにより、振動板１１の張力を測定者の個差を介入することなく正確に測定することができる。

この場合、振動板１１の変位信号は、振動板１１の変位のみに反応し、周囲の騒音には反応しないため、周囲の騒音に干渉されることなく測定することができる。また、ファイバープローブ１７は非導電性であるため、振動板１１との間で放電が発生することもない。さらには、振動板１１を低い交番電圧で駆動すればよいため、作業者の感電事故も防止することができる。

図１の例において、周波数カウンター１９は電圧増幅器１４の入力側に接続されているが、例えば電圧増幅器１４の出力側もしくは測定器本体１６の出力側（コンプレッサー回路１８の入力側）などに接続されてもよい。

なお、コンプレッサー回路１８は、振動板１１の変位信号の振幅を所定範囲内に抑える回路で、振動板１１が大振幅によって駆動され駆動電極１３に接触して火花放電により焼損することを防止するために設けられている。

次に、図２により本発明の別の実施形態について説明する。この実施形態では、上記駆動電極１３として、単一指向性コンデンサマイクロホン用の固定極１３ａを用いる。

この固定極１３ａには、図示しない後部音響端子からの音波を振動板１１の背面側に作用させるための音孔１３ｂが穿設されているため、その音孔１３ｂに投光側光ファイバー１７ａと受光側光ファイバー１７ｂとを含むファイバープローブ１７の先端を挿通する。

この別の実施形態においても、振動板１１の張力測定は図１の実施形態と同様にして行われるが、駆動電極１３側で振動板１１の張力を測定するため、実使用状態，すなわち振動板ユニット１０と固定極１３ａとを組み立てた場合とほぼ同じ状態で振動板の張力を測定することができる。

本発明による振動板の張力測定装置の構成を示す模式的なブロック図。 本発明の好ましい別の実施形態の要部を示す模式的な断面図。

符号の説明

１０ 振動板ユニット
１１ 振動板
１２ 支持リング
１３ 駆動電極
１３ａ 固定極
１３ｂ 音孔
１４ 電圧増幅器
１５ 光学的変位検出手段
１６ 測定器本体
１６ａ 投光器
１６ｂ 受光器
１７ ファイバープローブ
１７ａ 投光側光ファイバー
１７ｂ 受光側光ファイバー
１８ コンプレッサー回路
１９ 周波数カウンター

Claims (3)

1. 支持リングに張設された状態で固定極と対向的に配置されるコンデンサマイクロホン用の振動板の張力を測定する振動板の張力測定装置において、
   被測定物である上記振動板に対して所定の空隙をもって配置される駆動電極と、投光側光ファイバーと受光側光ファイバーとを有するファイバープローブを含み上記振動板の振動による変位を非接触で検出する光学的変位検出手段と、上記光学的変位検出手段より出力される上記振動板の変位信号を所定に増幅して上記駆動電極に与えて上記振動板を静電的に駆動する電圧増幅器と、上記振動信号の周波数を計測する周波数カウンターとを備えいることを特徴とする振動板の張力測定装置。
2. 上記駆動電極に単一指向性コンデンサマイクロホンユニット用の音孔を有する固定極が用いられ、上記ファイバープローブが上記固定極の音孔に挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の振動板の張力測定装置。
3. 上記電圧増幅器の入力前段に上記振動板の変位信号の振幅を所定範囲内に抑えるコンプレッサー回路が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動板の張力測定装置。
   

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