JP2008124634A - コンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 過大音圧入力による信号の歪みを防止する入力減衰器の減衰量を連続的に変化させることができるコンデンサマイクロホンに関する。
【解決手段】 振動板と、この振動板が固着された振動板保持体と、上記振動板に隙間をおいて対向配置され上記振動板との間でコンデンサを構成する固定極とからなるコンデンサマイクロホンユニットと直列に接続する減衰器に用いるコンデンサユニットの静電容量が可変であることを特徴とするコンデンサマイクロホンユニットによる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過大音圧入力による信号の歪みを防止する入力減衰器の減衰量を連続的に変化させることができるコンデンサマイクロホンユニットおよび同ユニットを用いたマイクロホンに関するものである。

音声入力信号を電気信号に変換する素子に静電容量（コンデンサ）を用いるコンデンサマイクロホンは、小型化や軽量化が可能であるため業務用から民生用まで幅広く使用されている。通常のコンデンサマイクロホンは、マイクロホンユニットの電極間に高抵抗を介して直流電圧を加え、ユニットの容量変化によって高抵抗の両端に生じる電圧の変化を電気信号として取り出すようになっている。また、通常のコンデンサの代わりにマイクロホンユニットの固定極あるいは振動板を、エレクトレット現象を持つ薄膜で形成したエレクトレットコンデンサマイクロホンは、信号を取り出す側の電極を高インピーダンスで接続し、ユニットの静電容量の変化を電気信号として取り出している。一般にこのようなマイクロホンユニットの静電容量は数１０ｐＦであり、高抵抗は数１００ＭΩ以上のものが必要になるが、マイクロホンの出力インピーダンスは数１００Ωの低インピーダンスにする必要がある。そこで、高入力インピーダンスを低出力インピーダンスに変換するためにＦＥＴや真空管等で構成されたインピーダンス変換回路を設けている。

エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットにインピーダンス変換回路を用いた例を図５に示す。図５において、マイクロホンユニット１の固定極あるいは振動板のいずれか一方は、その容量変化を電圧の変化として取り出すための抵抗１３およびインピーダンス変換用のＦＥＴ１４に接続されている。ＦＥＴ１４のドレインは別のＦＥＴ１５を介して電源端子１６に接続されている。このＦＥＴ１５は、ＦＥＴ１４の入力静電容量を略ゼロにしてこれによる信号の減衰を改善するとともに、ＦＥＴ１４のドレインとソース間の電圧を入力信号に対して殆ど変動のない状態にして歪み率を改善するためのものである。ＦＥＴ１４のソースは定電流回路を構成するＦＥＴ１７を介して接地端子１８に接続されており、ＦＥＴ１７はＦＥＴ１５と同様にその高い内部インピーダンスにより信号の歪みと減衰を改善している。ＦＥＴ１４のソースが出力端子１９に接続され、この出力端子１９にはＦＥＴ１５のゲートと抵抗１３の一端、そしてＦＥＴ１７のドレインにも接続されている。接地端子１８にはマイクロホンユニット１の他方が接続されている。上記した素子１３乃至素子１５によって構成する回路がインピーダンス変換回路３０である。

上記のように、エレクトレットを用いたマイクロホンユニット１には、インピーダンス変換回路３０が必要である。しかし、マイクロホンユニット１に過大な音圧が入力された場合、即ち、マイクロホンユニット１からインピーダンス変換ユニットに入力される信号が大き過ぎた場合、インピーダンス変換回路３０を通して出力端子１９から出力される信号に歪みが生じる。このような信号の歪みを防止するために、図５に示すようにマイクロホンユニット１とインピーダンス変換回路３０との間に数１０〜数１００ｐＦのコンデンサ１２及びスイッチ１１で構成された減衰器（ＰＡＤ）ユニット２０を介在させる。減衰器ユニット２０は音声入力信号が大きくなることが予め予測される場合に、スイッチ１１をクローズにして（ＯＮ）コンデンサ１２をマイクロホンユニット１に直列に接続するようにする。このようにすることによって、ストレー容量が増加したものと等価になり、マイクロホンユニット１からインピーダンス変換ユニット３０に入力される音声入力信号を減衰させることができる。また、音声入力信号のレベルが低いことが予め予測される場合には、この減衰器ユニット２０の動作を解除するためスイッチ１１をオープンにして、コンデンサ１２をＯＦＦにすることで必要以上に減衰させることを避けることができる。

しかしながら、上記のような減衰器ユニット２０において、スイッチ１１をクローズしてコンデンサ１２をマイクロホンユニット１に直列接続すると、音声信号のＳ／Ｎ比が劣化するので、減衰ユニット２０を動作させる必要が無いときにコンデンサ１２を動作させないために、スイッチ１１を設けている。しかし、このスイッチ１１が外来ノイズを拾う危険性がある。それを防ぐにはスイッチ１１を保護する厳重なシールドを設ければよいが、シールドの構造が複雑であり、マイクロホンケース自体が大型化してしまう。

そこでＳ／Ｎ比が劣化することなく音声入力信号を減衰させるために、インピーダンス変換ユニットの出力を位相変換して変換器ユニットに帰還させる位相反転回路を有するコンデンサマイクロホンに関する発明が知られている（特許文献１を参照）。

特許第３１４８３４８号公報

コンデンサ１２の静電容量を変更すると減衰器ユニット２０による減衰量が変化する。従って減衰器ユニット２０による減衰量を可変させたい場合は、コンデンサ１２に相当するコンデンサを複数個用いて、各コンデンサに対応するスイッチ１１も複数個用いることで実現することで実現できる。また、コンデンサ１１に可変静電容量（バリコン）を用いることで、同じように減衰量を可変にすることができる。

しかしながら、コンデンサ１１に相当するコンデンサを複数個用いる場合、スイッチ１１と合わせてマイクロホンケースに納める必要があるので、マイクロホンが大型化してしまう。また、コンデンサ１１の代わりにバリコンを用いた場合、バリコンを構成する電極板が音波や機械振動によって振動し、音声入力信号に雑音が混入する原因となってしまう。

さらに、コンデンサ１１の代わりに可変容量ダイオードを用いることでも、減衰器ユニット２０の減衰量を可変させることができるが、マイクロホンユニット１からの信号が大きくなると可変容量ダイオードによる音声信号の歪みが発生し、マイクロホンの出力の質に悪影響を及ぼす。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、コンデンサマイクロホンユニットに用いる減衰器の静電容量を可変可能に構成し、減衰量を可変することができるコンデンサマイクロホンユニットおよび同ユニットを用いたマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、振動板と、この振動板が固着された振動板保持体と、上記振動板に隙間をおいて対向配置され上記振動板との間でコンデンサを構成する固定極とからなるコンデンサマイクロホンユニットであって、上記マイクロホンユニットと直列に接続する減衰器に用いるコンデンサユニットの静電容量が可変であることを主な特徴とする。

また、本発明は、上記コンデンサユニットが圧電素子を用いた電圧可変静電容量であることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロホンユニットに過大音圧が入力された場合、過大音圧による電圧によってＰＡＤの減衰量を増大させることができるので、入力音圧と連動した減衰器を有するマイクロホンユニットを得ることができる。

以下、本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、マイクロホンユニット１、減衰器ユニット２０ａ、インピーダンス変換ユニット３０によって構成される本願に係るコンデンサマイクロホンユニットの回路図の例である。マイクロホンユニット１は、周知のように、フィルム状の振動板と、この振動板に所定の間隙をおいて対向させて配置した固定極を有し、音波を受けて振動板が振動することによる振動板と固定極との間の静電容量の変化を電圧の変化として出力するようになっている。図１において、マイクロホンユニット１の固定極あるいは振動板のいずれか一方は、その容量変化を電圧の変化として取り出すための抵抗１３およびインピーダンス変換用のＦＥＴ１４に接続されている。ＦＥＴ１４のドレインは別のＦＥＴ１５を介して電源端子１６に接続されている。このＦＥＴ１５は、ＦＥＴ１４の入力静電容量を略ゼロにしてこれによる信号の減衰を改善するとともに、ＦＥＴ１４のドレインとソース間の電圧を入力信号に対して殆ど変動のない状態にして歪み率を改善するためのものである。ＦＥＴ１４のソースは定電流回路を構成するＦＥＴ１７を介して接地端子１８に接続されており、ＦＥＴ１７はＦＥＴ１５と同様にその高い内部インピーダンスにより信号の歪みと減衰を改善している。ＦＥＴ１４のソースが出力端子１９に接続され、この出力端子１９にはＦＥＴ１５のゲートと抵抗１３の一端、そしてＦＥＴ１７のドレインにも接続されている。接地端子１８にはマイクロホンユニット１の他方が接続されている。上記した素子１３乃至素子１５によって構成する回路がインピーダンス変換回路３０である。

また、減衰器ユニット２０ａにおいて、マイクロホンユニット１のＦＥＴ１４に接続している側はスイッチ１１の一方の端子にも接続されている。スイッチ１１の他方の端子は圧電素子によって形成される電圧可変容量コンデンサ２の固定極に接続されている。電圧可変容量コンデンサ２の可動極は接地端子１８に接続されている。電圧可変容量コンデンサ２を駆動するための電源２７の正極は圧電素子に接続され、負極は接地端子１８に接続されている。上記電圧可変容量コンデンサ２の構造については以下に詳述する。

次に上記電圧可変容量コンデンサ２の構造とその動作について図２を用いて説明する。図２（ａ）に示すように電圧可変容量コンデンサ２は、圧電素子２１、この圧電素子２１の長手平面と接触するコンデンサの極であって圧電素子２１の撓みによって図面下方向に撓む可動極２２、この可動極２２と対向してコンデンサを形成する銅製の金属箔による固定極２４、この固定極２４を固定する基板２５、可動極２２と固定極２４の間に隙間を設けるスペーサ２３を、一体的に形成してなる。図２（ｂ）は上記した各構成部材を積み重ねて形成する電圧可変容量コンデンサ２の断面図である。

ここで、図６を用いて、圧電素子２１の概要を説明する。図６において、圧電素子２１は長さ方向に伸縮する２枚の圧電素子２１１、２１２を重ねて接合し、双方の圧電素子間に電圧をかけることにより、一方の圧電素子が伸びると他方の圧電素子が縮むように構成したものである。いずれの圧電素子も分極方向は厚さ方向である。互いに重なり合っている２枚の圧電素子２１１，２１２の外側の電極間に電圧源を接続し、２枚の圧電素子２１１，２１２に電圧を直列にかけることによって一方の圧電素子が伸び、他方の圧電素子が縮むことにより、圧電素子２１は図６において上または下に向かって反曲する。

図２に戻って、圧電素子２１の長手方向外面の一方には可動極２２が接しており、他方の面には駆動電源２６が接続されている。図２（ｃ）に示すように、駆動電源２６によって、圧電素子２１が図面に向かって下方向に撓めば、それに接触している可動極２２も下方向に撓むことになる。この状態を示したものが、図２（ｄ）である。図２（ｄ）のように可動極２２と固定極２４の間の隙間が狭まると、図２（ｂ）に示す状態と比較して、静電容量が増加する。圧電素子２１の撓む量は駆動電源２６の電圧によって決定されるので、この駆動電源２６の電圧を可変すると、電圧可変容量コンデンサ２における静電容量を可変させることができる。

図１に戻って、上記の構造を有する電圧可変容量コンデンサ２は、電源２７から電圧が印加されることによって、圧電素子２１が可動極２２を固定極２４側に押すように撓むことになる。図１に示した例では電源２７は可変電源である。従って、電圧可変容量コンデンサ２の静電容量を可変させる場合には電源２７の出力電圧を変化させる。電源２７は、図１に示す例のように、内蔵した電池を利用して可変電源を構成してもよいが、マイクロホンユニット自体を駆動させる直流電源を利用して可変電源としてもよい。また電池とマイクロホンユニットを駆動させる直流電源を併用してもよい。また、マイクロホンユニット１に入力される音圧が低いと予想される場合は、ＰＡＤユニット２を動作させる必要がないので、スイッチ１１をオープンにして電圧可変容量コンデンサ２を回路から切り離せばよい。

上記の実施例において、マイクロホンユニット１に音圧が入力され、インピーダンス変換ユニット３０に出力電圧が生じる場合に、スイッチ１２がクローズであれば、マイクロホンユニット１に内蔵されているコンデンサと、電圧可変容量コンデンサ２は直列に接続される。可変容量コンデンサ２は、電源２７によって印加される電圧に応じて圧電素子２１が撓み、それによって可動極２２と固定極２４の隙間が狭まるため、任意の静電容量を得ることが出来る。この可変容量コンデンサ２の静電容量がマイクロホンユニット１と直列接続されて、ちょうどストレー容量が増大した状態と等価になり、インピーダンス変換ユニット３０に入力される信号を減衰させることができる。このようにして、過大音圧入力に対して最適な減衰量を設定することができるようになる。

次に、本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの別の実施形態について説明する。図３において、電圧可変容量コンデンサ２の圧電素子２１を駆動する電源は、インピーダンス変換ユニット３０の後段に設けた検波平滑ユニット２８によって出力端子１９から出力される音声信号を直流電圧に変換し、この変換された直流電圧を用いる。マイクロホンユニット１から入力された音圧が大きくなると出力端子１９から出力される音声信号も大きくなる。従って、検波平滑ユニット２８による直流電圧も大きくなる。既に説明した通り電圧可変容量コンデンサ２に用いる圧電素子２は印加する電圧の大きさによって、撓む量も大きくなる。このため、入力された音声信号が大きくなると、電圧可変容量コンデンサの静電容量が大きくなり減衰器ユニット２０ｂにおける減衰量が大きくなり、過大入力に応じて減衰量を可変することができるようになる。他の回路構成は図１に示す実施例と同じであるから説明は省略する。

次に、本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの別の実施形態について説明する。図４において、電圧可変容量コンデンサ２の圧電素子２１を駆動する電源は、インピーダンス変換ユニット３０の後段に設けた検波平滑ユニット２９によって出力端子１９から出力される音声信号を直流電圧に変換し、この変換された直流電圧をリミッタ回路によって線形特性を与えている。コンデンサユニット１に入力される音声信号の大きさは随時変化するので、出力端子１９に生じる電圧もそれに供なって変化する。出力電圧が非線形特性であると、電圧可変容量コンデンサ２による静電容量も非線形になってしまい、減衰器ユニットによる減衰量が入力音圧に比例しなくなってしまう。これを防止するために、検波平滑ユニット２９においてリミッタ回路を用いている。他の回路構成は図１に示す実施例と同じであるから説明は省略する。このように、構成することにより、入力される音声信号の大きさの影響を排除しつつ、減衰量を線形に可変にすることができるコンデンサマイクロホンを得ることができる。

以上説明した実施例に係るコンデンサマイクロホンユニットは、これをマイクロホンケースに組み込むことにより、可変指向性コンデンサマイクロホンを構成することができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの実施例を示す回路図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットに用いる電圧可変容量コンデンサの構造を示す断面図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの別の実施例を示す回路図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの別の実施例を示す回路図である。 従来の、コンデンサマイクロホンユニットの例を示す回路図である。 本発明に適用可能な圧電素子の構造を示す説明図である。

符号の説明

１ マイクロホンユニット
２ 電圧可変容量コンデンサ
１３ 抵抗
１４ ＦＥＴ
１５ ＦＥＴ
１６ 電源端子
１７ ＦＥＴ
１８ 接地端子
１９ 出力端子
２０ａ減衰器ユニット
２０ｂ減衰器ユニット
２０ｃ減衰器ユニット
２２ 可動極
２３ スペーサ
２４ 固定極
２５ 基板
２６ 駆動電源
２７ 電源
２８ 検波平滑ユニット
２９ 検波平滑ユニット
３０ インピーダンス変換ユニット

Claims (6)

1. 振動板と、この振動板が固着された振動板保持体と、上記振動板に隙間をおいて対向配置され上記振動板との間でコンデンサを構成する固定極とからなるコンデンサマイクロホンユニットであって、
   上記マイクロホンユニットと直列に接続する減衰器に用いるコンデンサユニットの静電容量が可変であることを特徴とするコンデンサマイクロホンユニット。
2. 上記コンデンサユニットが圧電素子を用いた電圧可変静電容量であることを特徴とする請求項１記載のコンデンサマイクロホンユニット。
3. 上記コンデンサユニットに用いる圧電素子を駆動する電源が、コンデンサマイクロホンユニットを動作させる直流電源であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のコンデンサマイクロホンユニット。
4. 上記圧電素子の駆動に用いる電圧は、上記マイクロホンユニットの出力信号を直流変換した電圧であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のコンデンサマイクロホンユニット。
5. 上記減衰器を上記コンデンサマイクロホンユニットから切り離すスイッチを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンユニット。
6. コンデンサマイクロホンユニットがマイクロホンケース内に組み込まれてなるコンデンサマイクロホンであって、コンデンサマイクロホンユニットは請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンユニットであるコンデンサマイクロホン。