JP2008256433A - Microphone unit, noise meter, and acoustic calibration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロホンの初期感度(出力)のバラツキを最小化し、かつ周囲環境変化、特に温度変化に対して感度(出力)が一定になるようにする温度補正機能付きマイクロホン、およびこのマイクロホン或いは技術を搭載した騒音計及び音響校正器に関するものである. The present invention minimizes variations in the initial sensitivity (output) of the microphone and makes the sensitivity (output) constant with respect to ambient environment changes, particularly temperature changes, and the microphone or technology. It relates to sound level meter and sound calibrator.
一般に、コンデンサーマイクロホン、或いはエレクトレットコンデンサーマイクロホンはその構造上の理由から、周辺環境条件に対し比較的安定に動作するが、大きな環境条件の変化、特に周囲温度の変化に対しては感度が変化する.特に、安価なエレクトレットコンデンサマイクロホンは初期感度のバラツキや変動が大きく、計測器には向かないとされている。 In general, condenser microphones or electret condenser microphones operate relatively stably with respect to ambient environmental conditions for structural reasons, but their sensitivity changes with changes in environmental conditions, particularly with changes in ambient temperature. In particular, inexpensive electret condenser microphones are not suitable for measuring instruments because of large variations and fluctuations in initial sensitivity.
また、一般的に、騒音計には出力が比較的安定しているコンデンサーマイクロホンやエレクトレットコンデンサーマイクロホンが使われるが、特にエレクトレットコンデンサーマイクロホンの場合は、大きな周囲環境変化、中でも温度変化に対し出力・感度が無視できない変化を呈し、「計測器」としての騒音計や、それを校正する音響校正器(キャリブレータ)などに使われた場合、用をなさなくなることになる。 In general, condenser microphones and electret condenser microphones with a relatively stable output are used for sound level meters, but especially in the case of electret condenser microphones, the output and sensitivity to large changes in the ambient environment, especially temperature changes. Shows a change that cannot be ignored, and when it is used in a sound level meter as a “measuring instrument” or an acoustic calibrator (calibrator) for calibrating it, it becomes useless.
これらの製品に主として使われるのは、周囲の環境条件に対し比較的安定なコンデンサーマイクロホンである。 Mainly used in these products are condenser microphones that are relatively stable to ambient environmental conditions.
マイクロホンユニットは、通常はマイクカートリッジ部分にローノイズのプリアンプが付属しており、できるだけ規定範囲に入る感度・特性の個体を選定する以外、特別に周囲温度に対してユニットの出力を一定に保つような構成、制御は含まれていない。 A microphone unit usually has a low-noise preamplifier attached to the microphone cartridge, so that the output of the unit is kept constant with respect to the ambient temperature, except to select individuals with sensitivity and characteristics that fall within the specified range as much as possible. Configuration and control are not included.
また、マイクロホンの適用例として、騒音計がある。この騒音計についても、出力・感度が安定したコンデンサーマイクロホンを選定する以外、特に環境条件変化を有効に吸収する工夫や配慮は見られない。 An application example of a microphone is a sound level meter. For this sound level meter, there is no ingenuity or consideration to effectively absorb changes in environmental conditions other than selecting a condenser microphone with stable output and sensitivity.
さらに、測定用マイクロホンや騒音計の感度を構成する音響校正器としては、特許文献1に記載の提案がなされている。この特許文献1では、発音体(電磁形イヤホン)の発音レベルを大気圧−気圧の変化に対して安定になるように制御している。具体的には、騒音計のマイクロホンユニット部分に校正器を垂直に、かつ静かにかぶせて挿入し、スイッチを入れて規定の校正音圧を発生させる構成となっている。
しかしながら、コンデンサーマイクロホンユニット、騒音計、音響校正器のそれぞれにおいて、それぞれ以下のようなことが懸念される。 However, in each of the condenser microphone unit, the sound level meter, and the sound calibrator, there are concerns about the following.
(コンデンサーマイクロホンユニット単体)
(1) 通常プリアンプはカートリッジ部からの信号出力を増幅したり、インピーダンス変換したりする機能に限定、周囲環境の変化に対してはほとんど配慮が為されていない
。
(2) これらを騒音計などの計測器に組み込んだ場合、一般的な測定ではコンデンサーマイクロホンの比較的安定した温度特性により現行の工業規格のいずれかの「クラス」の規格(表1〜表3のJIS規格参照)内に入ることもあるが、−10℃以下といった低温下や+40℃以上といった高温下では数dB以上出力・感度が変化してしまうことも多い。
(Condenser microphone unit alone)
(1) Normally, the preamplifier is limited to a function of amplifying the signal output from the cartridge section or converting the impedance, and little consideration is given to changes in the surrounding environment.
(2) When these are incorporated into a measuring instrument such as a sound level meter, in general measurement, the standard of any “industrial class” (Tables 1 to 3) according to the relatively stable temperature characteristics of condenser microphones. The output / sensitivity often changes by several dB or more under a low temperature such as −10 ° C. or lower or a high temperature such as + 40 ° C. or higher.
但し、+39℃以上で露点を超えるである周囲温度と相対湿度との組み合わせは、適合性評価試験から除く。 However, combinations of ambient temperature and relative humidity that are above + 39 ° C and exceed the dew point are excluded from the suitability evaluation test.
クラス1及びクラス2の音響校正器における環境条件の範囲は、IEC61672−1に規定するクラス1及びクラス2のサウンドレベルメータにおける範囲と同じである。 The range of environmental conditions in the class 1 and class 2 acoustic calibrators is the same as the range in the class 1 and class 2 sound level meters defined in IEC 61672-1.
(騒音計)
(1) 環境条件の変化を回避すべく使用するコンデンサーマイクロホンの安定性を上げようとすると、非常に高価になったり、歩留まりが極端に悪くなったりするきらいがあった。
(2) 自己雑音による騒音レベル/音圧レベルの測定下限を下げるため、自己雑音を予めメモリーなどに記憶して補正する手法との関連においては、周囲環境により出力感度が変化すると補正そのものの精度が低下してしまう。
(noise meter)
(1) When trying to increase the stability of a condenser microphone used to avoid changes in environmental conditions, there was a tendency that the cost would be very high or the yield would be extremely poor.
(2) In order to lower the measurement lower limit of noise level / sound pressure level due to self-noise, the accuracy of the correction itself when the output sensitivity changes depending on the ambient environment in relation to the method of correcting the self-noise by storing it in memory beforehand. Will fall.
(音響校正器)
(1) 単に安定な発音体(スピーカ・電磁形イヤホン、など)を使った市販品がほとんどで、これらは常温では大過ないが、非常に高温や低音では発音体の効率が変化し、それに伴って規定出力(規定音圧)も変動し基本性能が確保できない嫌いがある。
(2) 高精度を指向する市販品の中には、発音体の出力を大気圧の変化に応じて制御する図5のようなタイプもあるが、この例では大気圧以外の要因、例えば温度変化などで発音レベル(規定音圧)が変動した場合、それを検知・補正する手段がない。
(3) 上記の出力変動を制御する帰還制御(フィードバッ型制御)、或いは回路などを持たないので、大きな環境変化には弱い、という問題が残る。
(Acoustic calibrator)
(1) Most commercially available products that use only stable sound generators (speakers, electromagnetic earphones, etc.) are not excessive at room temperature, but the efficiency of sound generators changes at very high temperatures and low frequencies. At the same time, the specified output (specified sound pressure) also fluctuates, and there is a dislike that the basic performance cannot be secured.
(2) Among commercially available products that are oriented toward high accuracy, there is a type as shown in FIG. 5 that controls the output of the sound generator in accordance with changes in atmospheric pressure. In this example, however, factors other than atmospheric pressure, such as temperature, are used. There is no means for detecting and correcting when the sound generation level (specified sound pressure) fluctuates due to changes or the like.
(3) Since there is no feedback control (feedback type control) or a circuit for controlling the output fluctuation, there remains a problem that it is weak against a large environmental change.
本発明は上記事実を考慮し、構造を複雑化することなく、周囲の温度変化に追従して自動的に出力を調整することができ、環境変化に対して精度の高い出力を維持することができるマイクロホンユニット、騒音計、音響校正器を得ることが目的である。 In consideration of the above facts, the present invention can automatically adjust the output following the ambient temperature change without complicating the structure, and can maintain a highly accurate output against environmental changes. The purpose is to obtain a microphone unit, a sound level meter, and an acoustic calibrator.
第1の発明は、圧力変動する波動である音を電気信号に変換するための振動板を備えたカートリッジ部と、振動板によって得た電気信号を増幅するプリアンプ部と、を有するマイクロホンユニットであって、前記プリアンプ部における増幅率を、予め定められた定常温度を基準として初期感度を補正する初期感度補正手段と、前記カートリッジ部又はプリアンプ部近傍の温度を検出する温度検出センサと、前記温度検出センサからの出力に基づいて、前記プリアンプ部からの出力を補正する出力補正手段と、を有している。 A first invention is a microphone unit having a cartridge part having a diaphragm for converting sound, which is a wave that fluctuates in pressure, into an electric signal, and a preamplifier part for amplifying the electric signal obtained by the diaphragm. Initial sensitivity correction means for correcting the initial gain with respect to the amplification factor in the preamplifier unit, a temperature detection sensor for detecting the temperature in the vicinity of the cartridge unit or the preamplifier unit, and the temperature detection Output correction means for correcting the output from the preamplifier unit based on the output from the sensor.
第2の発明は、圧力変動する波動である音を電気信号に変換するための振動板を備えたカートリッジ部と、振動板によって得た電気信号を増幅するプリアンプ部とを有し、製造時に、前記プリアンプ部における増幅率を、予め定められた定常温度を基準として初期感度が補正されたマイクロホンユニットであって、前記カートリッジ部又はプリアンプ部近傍の温度を検出する温度検出センサと、前記温度検出センサからの出力に基づいて、前記プリアンプ部からの出力を補正する出力補正手段と、を有している。 The second invention has a cartridge part provided with a diaphragm for converting sound, which is a wave that fluctuates in pressure, into an electric signal, and a preamplifier part that amplifies the electric signal obtained by the diaphragm, A microphone unit whose initial sensitivity is corrected with reference to a predetermined steady temperature as an amplification factor in the preamplifier unit, a temperature detection sensor for detecting a temperature in the vicinity of the cartridge unit or the preamplifier unit, and the temperature detection sensor Output correcting means for correcting the output from the preamplifier unit based on the output from the preamplifier.
上記第1の発明又は第2の発明において、前記マイクロホンユニットは、コンデンサーマイクロホン、又はエレクトレットコンデンサーマイクロホンとして構成されていることを特徴としている。 In the first invention or the second invention, the microphone unit is configured as a condenser microphone or an electret condenser microphone.
また、第1の発明又は第2の発明において、前記温度センサが、サーミスタ或いは半導体温度センサーであり、当該サーミスタ或いは半導体温度センサーの選択が、当該サーミスタ或いは半導体温度センサーの温度特性と、前記プリアンプ部の出力の温度特性との相関関係に依存することを特徴としている。 In the first invention or the second invention, the temperature sensor is a thermistor or a semiconductor temperature sensor, and the selection of the thermistor or the semiconductor temperature sensor is based on the temperature characteristics of the thermistor or the semiconductor temperature sensor, and the preamplifier unit. It is characterized by being dependent on the correlation with the temperature characteristics of the output.
第3の発明は、騒音を検出するための騒音計であり、前記請求項1〜請求項4の何れか1項記載のマイクロホンユニットが組み込まれていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a sound level meter for detecting noise, wherein the microphone unit according to any one of the first to fourth aspects is incorporated.
第4の発明は、発音体を内蔵し、かつ前記発音体付近に出力監視用マイクロホンを配置して、当該出力監視用マイクロホンの出力により発音体の音響出力を常時監視・制御して、常に一定の校正音圧を発生するように構成された音響校正器を提供することにある.更に、このマイクロホンユニット、或いは騒音計を含む被検査対象を装着するカプラ部を備え、当該被検査対象の感度を校正するための音響校正器にあって、音響校正器近傍の温度を検出する温度検出センサにより前記出力監視用マイクロホンの音響出力を温度変化に対して一定に保ち、このマイクロホン出力に基づいて発音体の音響出力を補正する出力補正手段と、を備えることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, a sounding body is built in, and an output monitoring microphone is arranged in the vicinity of the sounding body, and the sound output of the sounding body is constantly monitored and controlled by the output of the output monitoring microphone, so that it is always constant. It is to provide an acoustic calibrator configured to generate a calibrated sound pressure. In addition, a microphone unit or a coupler unit for mounting an object to be inspected including a sound level meter, which is an acoustic calibrator for calibrating the sensitivity of the object to be inspected, detects a temperature in the vicinity of the sound calibrator. Output correction means for maintaining the acoustic output of the output monitoring microphone constant with respect to temperature change by a detection sensor and correcting the acoustic output of the sounding body based on the microphone output.
上記第4の発明において、電源として電池が用いられ、当該電池が消耗して電源電圧が許容範囲を超えて低下した場合に、表示手段と発音停止の両方で警告する警告手段をさらに有することを特徴としている。 In the fourth aspect of the invention, a battery is used as a power source, and when the battery is exhausted and the power supply voltage falls below an allowable range, the battery further includes warning means for warning both by display means and sound generation stop. It is a feature.
また、第4の発明において、前記温度センサが、サーミスタ或いは半導体温度センサーであり、当該サーミスタの選択が、当該サーミスタの温度特性と、前記監視用マイクロホンの出力温度特性との相関関係に依存することを特徴としている。 In the fourth invention, the temperature sensor is a thermistor or a semiconductor temperature sensor, and the selection of the thermistor depends on the correlation between the temperature characteristic of the thermistor and the output temperature characteristic of the monitoring microphone. It is characterized by.
以下、第1の発明〜第4の発明の共通要素に関して、「本発明」と総称する。 Hereinafter, the common elements of the first to fourth inventions are collectively referred to as “the present invention”.
本発明によれば、ECM(エレクトレット・コンデンサー・マイクロホン)のような安価なマイクロホンを用いても、初期感度のバラツキに対しや温度特性(温度勾配)自体は計時的に安定していることに着目し(後述)、非常に高度な対環境変化安定性のマイクユニットを提供できる。 According to the present invention, even if an inexpensive microphone such as an ECM (electret condenser microphone) is used, attention is paid to the fact that the temperature characteristic (temperature gradient) itself is stable with respect to variations in initial sensitivity. However, it is possible to provide a very advanced microphone unit that is stable against environmental changes.
また、本発明は、基本的な要素技術としての側面が強いので、技術の利用という視点から見ると、上述した騒音計などの音響計測器やマイクロホン校正用キャリブレータなどの音響校正器に、幅広く利用できる。 In addition, since the aspect of the present invention is strong as a basic elemental technology, from the viewpoint of use of the technology, the present invention is widely used for acoustic measuring instruments such as the above-mentioned sound level meter and acoustic calibrators such as a microphone calibration calibrator. it can.
(初期感度のバラツキや温度特性(温度勾配)自体は計時的に安定していることに着目した経緯)
本発明において、例えば、常温(20℃前後)において、個体ごとに感度がバラついたり、温度に対して無視できない変動を示したりするものの、その変化の仕方自体はほぼ一定しており、この発明はこの点・この性質に着目して温度変化に対しユニット(システム)の感度・出力が常に一定になるようにしたものである。
(History focusing on variations in initial sensitivity and temperature characteristics (temperature gradient) itself are stable in time)
In the present invention, for example, at room temperature (around 20 ° C.), the sensitivity varies from individual to individual, or changes that cannot be ignored with respect to temperature, but the manner of change is almost constant. Focusing on this point and this property, the sensitivity and output of the unit (system) are always constant with respect to temperature changes.
すなわち、本発明では、多かれ少なかれ存在するマイク製造初期感度のバラツキや周囲環境条件(特に温度)による出力変動などに対し、コンデンサーマイクロホンの初期感度自体や温度変化自体(温度特性/勾配)は計時的にほぼ一定していることに着目し、温度変化を検知してこれを電気的に補正し、個体ごとの初期感度のバラツキを最小化すると同時に、周囲環境変化(温度)に対して感度が常に一定になるようにするものである。 That is, in the present invention, the initial sensitivity of the condenser microphone itself and the change in temperature itself (temperature characteristics / gradient) are time-measured with respect to variations in the initial sensitivity of microphone production and output fluctuations due to ambient environmental conditions (especially temperature). Focusing on the fact that the temperature is almost constant, the temperature change is detected and corrected electrically, minimizing the variation in the initial sensitivity of each individual, and at the same time the sensitivity to the ambient environment change (temperature) is always It is intended to be constant.
この結果、以下の作用効果を導くことができる。 As a result, the following effects can be derived.
(全般)
(1) ダイヤフラム付近の内部、或いは外部に設置した温度検知手段により感度を制御するので、環境変化、特に温度変化に対し非常に安定な特性のマイクロホンユニットが提供できる。
(2) 検知した温度(変化)とマイクロホンの初期感度を同時に補正するので、初期感度や温度勾配が計時的に安定でありさえすれば、安価なマイクロホン使用しても高性能なマイクロホンユニットが構成できる。
(3) エレクトレットコンデンサーマイクロホンはダイヤフラムに大きな張力を与えずに調整・製作されるため、初期感度や温度変化は大きくてもこの補正方法によれは、高価な計測用コンデンダマイクを凌駕する特性が得られる。
(4) この技術やマイクロホンユニットを搭載すれば、騒音計などの音響計測器も安価で高性能なものが提供できるが、ディジタル型の音響計測器にあっては、数値的に(ソフトウエア的に)これを行うことができるいので、更に高精度で細かく補正を施すことができ、マイクの修理交換などについても、CMOSなどの不揮発性メモリーに記憶された補正用定数テーブルを書き変えれば良い。
(5) また、この技術やマイクロホンユニットを搭載した音響校正器にあっては、校正用カプラ内の音圧を正しく検知して発音体の出力を制御するため、一般にマイクロホンより格段に出力変動の大きなスピーカや電磁形イヤホンを用いても、出力変動は変動の原因を問わず最小化できる。
(6) 加えて、音響校正器の出力補正用のマイクロホンは当該発明の技術により温度補正され、システム全体としては「温度補正付きマイクロホンによるフィードバック型出力制御」となるので、エレクトレットコンデンサーマイクロホンを用いてもシステム全体を安価に構成し、かつ高い安定度を提供することができる。
(General)
(1) Since the sensitivity is controlled by temperature detecting means installed inside or outside the diaphragm, it is possible to provide a microphone unit having very stable characteristics against environmental changes, particularly temperature changes.
(2) Since the detected temperature (change) and the initial sensitivity of the microphone are corrected simultaneously, as long as the initial sensitivity and temperature gradient are stable in time, a high-performance microphone unit can be constructed even if an inexpensive microphone is used. it can.
(3) Since the electret condenser microphone is adjusted and manufactured without applying a large tension to the diaphragm, even if the initial sensitivity and temperature change are large, this correction method has characteristics that surpass the expensive measurement condenser microphone. can get.
(4) If this technology and a microphone unit are installed, acoustic instruments such as sound level meters can be provided at low cost and high performance. However, digital acoustic instruments are numerically (software-like). Because it is possible to do this, it is possible to make corrections with higher precision and finer details. For repairs and replacements of microphones, it is only necessary to rewrite the correction constant table stored in the nonvolatile memory such as CMOS. .
(5) Also, in an acoustic calibrator equipped with this technology and a microphone unit, the output pressure of the sounding body is controlled by correctly detecting the sound pressure in the calibration coupler. Even if a large speaker or electromagnetic earphone is used, the output fluctuation can be minimized regardless of the cause of the fluctuation.
(6) In addition, the microphone for correcting the output of the acoustic calibrator is temperature-corrected by the technology of the present invention, and the entire system becomes “feedback-type output control using a microphone with temperature correction”, so an electret condenser microphone is used. In addition, the entire system can be configured at low cost and high stability can be provided.
(コンデンサーマイクロホンユニット)
(1) ほとんどのコンデンサーマイクロホンに共通の性質、つまり周囲環境の変化のうち、湿度や気圧の変化にはかなり安定だが温度変化には弱い、という点を鑑み、最大の変化要因である温度に対し感度変化を補正しているため、どのような環境下でも安定した特性が得られる。
(2) 更に、マイクロホン個体についてみると、初期感度や温度勾配のバラつきは無視できないものの、それらの特性(傾向)の計時的な再現性は高いので、いったん補正をかけた後の経年変化はほとんど無く、安価なエレクトレットコンデンサーマイクロホンでも高価なコンデンサーマイクロホンを凌駕する安定度が実現できる。
(3) むしろ、単体ごとに微妙な調整を経て製造されるコンデンサマイクロホンに対し、自動機械(製造ロボット)により量産されるエレクトレットコンデンサマイクロホンの場合は、ダイヤフラムに大きな張力をかけて調整することができないため、かえってこの事実が、(初期感度や温度勾配に個体ごとのバラツキはあっても)経年変化は前者より少ないという特徴を発現しており、この点に着目したこの発明の補正をかけた後はむしろ安価な後者の方が特性が安定し高い精度を維持できる、という利点がある。
(Condenser microphone unit)
(1) Considering the characteristics common to most condenser microphones, that is, among the changes in the surrounding environment, it is fairly stable against changes in humidity and pressure, but is vulnerable to changes in temperature. Since the change in sensitivity is corrected, stable characteristics can be obtained in any environment.
(2) Furthermore, regarding the individual microphones, variations in initial sensitivity and temperature gradient are not negligible, but the temporal reproducibility of their characteristics (trends) is high. Even an inexpensive electret condenser microphone can achieve stability exceeding that of an expensive condenser microphone.
(3) Rather, in the case of an electret condenser microphone that is mass-produced by an automatic machine (manufacturing robot), it cannot be adjusted by applying a large tension to the diaphragm in contrast to a condenser microphone that is manufactured through delicate adjustment for each unit. Therefore, this fact, on the other hand, shows the characteristic that the secular change is smaller than the former (even if the initial sensitivity and temperature gradient varies from individual to individual), and after applying the correction of the present invention focusing on this point Rather, the cheaper latter has the advantage that the characteristics are stable and high accuracy can be maintained.
(騒音計「音響計測器」)
(1) 安価ながら経年変化の少ないエレクトレットコンデンサーマイクロホンを採用することにより、従来より安価で、かつ高精度・高安定度の騒音計を提供することができる。
(2) また、マイクロホンの自己雑音やプリアンプ・ヘッドアンプまで含めたマイクロホンユニット(システム)全体のバックグラウンドノイズをもとに、その影響を排して測定下限を下げることを意図する騒音計または計測器においては、この発明の感度補正法の採用により、当該バックグラウンドノイズ低減用補正をいかなる温度下でも安定にかけることが可能になる.つまり、両者の組み合わせにより、超低騒音レベルまで測定できる極めて安定した感度の騒音計や音響計測器を実現することができる。
(Sound level meter "acoustic measuring instrument")
(1) By adopting an electret condenser microphone that is inexpensive but has little secular change, it is possible to provide a noise meter that is less expensive than the prior art and that has high accuracy and high stability.
(2) A noise meter or measurement intended to reduce the lower limit of measurement based on the noise of the microphone itself and the background noise of the entire microphone unit (system) including preamplifier and head amplifier. By using the sensitivity correction method of the present invention, the background noise reduction correction can be stably applied at any temperature. In other words, a combination of both makes it possible to realize a sound level meter and an acoustic measuring instrument with extremely stable sensitivity capable of measuring to an ultra-low noise level.
(音響校正器(キャリブレータ))
(1) 一般にマイクロホンの安定性はスピーカなどの安定性より高いので、マイクロホンの出力により発音体(スピーカ・電磁形イヤホン、など)の出力=音圧を制御するフィードバック制御の採用により、システムとしての校正器の精度、安定性は従来のものより格段に高められる。
(2) これに加え、校正器のカプラ部内の音圧のセンサーとしてのマイクロホンに、上記の温度補正を施した場合、制御精度は更に高められエレクトレットコンデンサマイクロホンを用いた場合でも安価で高性能な校正器が提供できる
(3) キャリブレータの精度や安定性はマイクロホンにより決まるので、何らかの原因で発音体の出力が変動しても、理由を問わずそれらはマイクロホンの精度・安定性のレベルまで低減できる。
(Sound calibrator)
(1) In general, the stability of a microphone is higher than the stability of a speaker, etc., so the output of a sounding body (speaker, electromagnetic earphone, etc.) by the output of a microphone = feedback control that controls the sound pressure is adopted as a system. The accuracy and stability of the calibrator can be greatly improved compared to the conventional one.
(2) In addition to this, when the above-mentioned temperature correction is applied to the microphone as a sound pressure sensor in the coupler section of the calibrator, the control accuracy is further improved, and even when an electret condenser microphone is used, it is inexpensive and has high performance. (3) Since the accuracy and stability of the calibrator is determined by the microphone, even if the output of the sounding body fluctuates for some reason, it can be reduced to the level of accuracy and stability of the microphone regardless of the reason. .
以上説明したように本発明では、温度検出センサを取り付け、出力補正手段をマイクのプリアンプ部分に施し「補正機能付きコンデンサーマイクロホンユニット」として一体化すれば、初期感度は温度勾配の大きな安価なマイク(エレクトレットコンデンサーマイクロホン、など)でも非常に安定度の高いマイクユニットが提供できる。なお、初期感度補正手段を付加するか、製造段階で補正を完了させておくかは、製造段階の手順や設計仕様によって判断すればよい。 As described above, in the present invention, if a temperature detection sensor is attached, and output correction means is applied to the preamplifier part of the microphone and integrated as a “condenser microphone unit with a correction function”, the initial sensitivity is an inexpensive microphone with a large temperature gradient ( An electret condenser microphone, etc.) can provide a very stable microphone unit. Whether to add the initial sensitivity correction means or to complete the correction at the manufacturing stage may be determined by the manufacturing stage procedure or the design specification.
車両や溶鉱炉の周辺などの高温環境、或いは極地などの氷点下環境における測定において、非常に安定した音響センサーとして利用できる。また、このマイクロホンユニットを使って騒音計を製作すれば低いコストで安定度の高い製品が実現できる。 It can be used as a very stable acoustic sensor in measurements in high-temperature environments such as the vicinity of vehicles and blast furnaces, or in sub-freezing environments such as polar regions. Moreover, if a sound level meter is manufactured using this microphone unit, a highly stable product can be realized at a low cost.
さらに、騒音計の感度校正を司る音響校正器に用い、その出力でスピーカの出力を制御するようにすれば、出力の精度はこの補正機能付きマイクロホンユニットで決まることになり、一般にマイクロホン以上に出力変動が大きな発音部(スピーカ)を用いても安定度の高い校正器を提供することができる。 Furthermore, if it is used for an acoustic calibrator that controls the sensitivity of a sound level meter and the output of the speaker is controlled by the output, the accuracy of the output will be determined by the microphone unit with this correction function. A calibrator with high stability can be provided even if a sound generation unit (speaker) having large fluctuations is used.
(第1の実施の形態「第1の発明、第2の発明に対応」)
図1に第1の実施の形態に係る温度補正機能付きマイクロホンユニット10を示す。マイクロホンユニット10は、その筒状の筐体12内に、振動板14を備えたカートリッジ部16と、演算増幅器(OPアンプ;オペレーショナルアンプリファイアー)18を備えたプリアンプ部20とで構成されている。なお、筐体12における振動板14が取り付けられる領域は制振厚肉構造とされ、振動板14の特性に支障がない工夫がなされている。
(First embodiment “corresponding to first and second inventions”)
FIG. 1 shows a
筐体12は、金属製であり、その外形寸法は、筐体12の直径が10mmφ、長さ寸法が150mm(1/2インチマイクロホンを使用した場合)程度とされている。振動板14は、固定電極部14Aと振動電極部14Bとが対峙されて構成されている。
The
固定電極部14Aはバイアス電源22のプラス端子に接続され、バイアス電源22のマイナス端子は、プリアンプ部20との一方の接続端子24に接続されている。また、振動電極部14Bは、抵抗R0を介して前記一方の接続端子24に接続されている。これにより、バイアス電圧によって固定電極部14Aにプラスの電荷、振動電極部14Bにマイナスの電荷を与えた状態となっている。前記振動電極部14Bは、コンデンサC1を介してプリアンプ部20との他方の接続端子26に接続されている。
The fixed
前記一方の接続端子24は、コンデンサC2及び可変抵抗R1を介してOPアンプ18のマイナス側入力端子に接続されると共に、音声信号を取り出すための一方の端子28に接続されている。また、他方の接続端子26は、OPアンプ18のプラス側入力端子に接続されている。
The one
さらに、OPアンプ18の出力端子は、音声信号を取り出すための他方の端子30に接続されると共に、ゲイン(増幅率)結締する帰還抵抗R2を介してOPアンプ18の一方の入力端子に接続されている。これらの基本構成に加え、前記帰還抵抗R2の両端には、サーミスタ32からの信号線が接続されている。すなわち、帰還抵抗R2とサーミスタ32とが並列接続された帰還抵抗素子となる。
Further, the output terminal of the
このサーミスタ32は、前記筐体12の外周、かつカートリッジ部16側の端部(振動板14の側部)に取り付けられている。サーミスタ32は、常時、周囲温度を監視する。すなわち、サーミスタ32は温度変化に応じて、抵抗値R3が変化するため、結果として帰還抵抗素子の抵抗値が変化し、ゲインが調整され、出力レベルがプリアンプ部20で調整・制御できるように構成されている。温度変化に対する抵抗変化はサーミスタ32の特性に依存するため、適用されるマイクロホン10の温度変化に対するゲイン変化に基づいて選定すればよい。
The
なお、図2は、前記サーミスタ32を筐体12の内部に設けた、図1の変形例であり、機能的には全く変わりない。従って、他の構成部分については、図1と同一の符号を付してその構成の説明は省略する。
FIG. 2 is a modification of FIG. 1 in which the
以下に第1の実施の形態の作用を説明する。上記構成の温度補正機能付きマイクロホンユニット10について、動作の概要を説明する。
The operation of the first embodiment will be described below. An outline of the operation of the microphone unit with
マイクロホンユニット10の初期感度は、予め可変抵抗器R1により常温(20℃〜25℃)で規定感度範囲になるよう調整されている。この調整は、製造段階で行ってもよいし、筐体12に可変抵抗器R1の抵抗値を調整操作できるようなピンホールを設けておき、出荷後に調整可能にしてもよい。
The initial sensitivity of the
周囲温度が高くなると、帰還抵抗R2に並列接続されるサーミスタ32の抵抗値R3が低くなる。このため、温度上昇よるマイクロホンユニット10の感度上昇を抑えるように自動調整される。逆に、温度が下がった場合はサーミスタ32の抵抗値R3が高くなり反対方向に感度低下を抑えるように自動調整される。
When the ambient temperature increases, the resistance value R3 of the
調整の度合い、即ち温度勾配は抵抗R1、サーミスタ32の抵抗値R3で調整しておく。なお、カートリッジ部16の振動板14の特性によっては、初期感度、温度補正のいずれかを省略することもできる。
The degree of adjustment, that is, the temperature gradient is adjusted by the resistance R1 and the resistance value R3 of the
このように、マイクロホンユニット10の出力は周囲環境の変化、特に温度変化に対して非常に安定した感度(出力)を示し、コンデンサーマイクロホンに比べ安価で市販されるエレクトレットコンデンサーマイクロホンを使用した場合でも、補正の無い高価な測定用コンデンサーマイクロホンユニットを凌駕する性能が期待できる。むしろ、エレクトレット型は、ダイヤフラムに張力をかけていないことが多く、この視点からは、むしろコンデンサーマイクロホンより経時変化・経年変化が少ないことが多い。
In this way, the output of the
(第2の実施の形態「第3の発明に対応」)
以下に第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment “Corresponding to Third Invention”)
The second embodiment will be described below.
図3及び図4は、前述の第1の実施の形態で説明したマイクロホンユニット10の基本構成(サーミスタ32搭載なしであるため、以下、「マイクオロホンユニット10A」という)を、騒音計50の一部として適用した例である。従って、マイクロホンユニット10Aの構造についてはその説明を省略する。
3 and 4 show the basic configuration of the
図3に示される如く、騒音計50は、その外観は矩形箱型の本体ケース52に主要制御機器が内蔵され、当該本体ケース52の一部から筒状のセンサプループ54が突出された構造となっている。このセンサプルーブ54にマイクロンユニット10Aが内臓される。なお、この騒音計50は、本発明の技術の採用により従来の外観・大きさ・重量などが大きく変化することはない。
As shown in FIG. 3, the
図4に示される如く、マイクロホンユニット10Aは、A/D変換器56を介して、周波数補正部58に接続されている。周波数補正部58は、温度補正部60に接続されている。ここで、環境温度を検出するためのサーミスタ62は、マイクロホンユニット10Aの近傍に配設されており、プリアンプ部64に接続されている。プリアンプ部64は、A/D変換器66を介して、温度補正演算部60に接続されている。
As shown in FIG. 4, the
温度補正部60には、補正用定数テーブルメモリ68が接続されている。このため、周波数補正部58から出力値は、温度補正部60で環境温度に応じて補正された後、対数圧縮部70を介して検出データを得るようになっている。検出データは表示部72に表示される。なお、この表示は、表示部72にディジタル表示される。
A correction
上記構成の騒音計50では、温度補正用の定数を、マイクロホンの初期感度・温度特性などに応じ予め温度補正演算部60に接続された温度補正定数テーブルメモリ68に記憶しておく。そして、この定数と、A/D変換されたサーミスタ62の出力から補正値を決定する。補正した結果は対数圧縮部70でdB値に変換した後、表示部72に表示される。対数圧縮部70は温度補正演算部60の前段であってもよい。
In the
騒音計50などには、第1の実施の形態で説明したサーミスタ32付のマイクロホンユニット10(図1又は図2参照)をそのまま用いることもできるが、計測器によっては、より高度な補正処理が求められるので、第2の実施の形態では、ほとんどの処理をディジタル処理し、全体をディジタル騒音計として構成している。この第2の実施の形態のように、最終段階で温度補償を行えば、初期感度のバラツキはもとより、温度変化に対しても感度は安定し、かつ表示の再現性にも優れた効果を発揮することができる。
For the
(第3の実施の形態「第4の発明に対応」)
以下に第3の実施の形態について説明する。図5は、音響校正器100の外観を示すものであり、被測定用としての騒音計102(以下、「被測定対象102」という)のマイクロホンユニット部102Aが、カプラ部104を介して音響校正器本体106と接続されている。
(Third embodiment “corresponding to the fourth invention”)
A third embodiment will be described below. FIG. 5 shows the external appearance of the
なお、騒音計102(被想定対象102)は、図4に示したようなサーミスタ62は付加されていない一般的な騒音計である。従って、マイクロホンユニット部102Aにも、第1の実施の形態に適用したサーミスタ32(図1又は図2参照)が存在せず、基本構成のマイクロホンユニットである。
The sound level meter 102 (the assumed target 102) is a general sound level meter to which the
図6に示される如く、カプラ部104は、マイクロホンユニット部102Aを装填可能な装填部108が設けられ、この装填部108に装填された被測定対象102のマイクロホンユニット部102Aの振動板(図6では図示省略)が、カプラ部104の内方空間部110に位置する。この空間部110には、一対の発音体112と、温度補正対象のマイクロホン114とが配設されている。発音体112は、動電型スピーカ、圧電型スピーカ、電磁形イヤホン等が適用可能である。
As shown in FIG. 6, the
発音体112は、音響校正器本体106に内蔵されたAMP回路116の出力端に接続されている。AMP回路116の入力端は、CPU118に接続されている。このため、発音体112からは、CPU118で発振された音信号がAMP回路116で増幅され、出力される。CPU118には、温度センサ(サーミスタ等)120が接続され、環境温度に基づく電気信号がCPU118に入力されるようになっている。また、CPU118には、補正用定数テーブルメモリ122が接続されている。
The sounding
音響校正器100では、発音体112の発音中は、マイクロホン114が、常時、発音体112の出力を監視する。CPU118は、マイクロホン114や温度サンサ120からの信号を受けて増幅するプリアンプやA/D変換器、AMP回路116を経て発音体112へ校正用の信号を送る発振器やD/A変換器、或いは、演算処理チップ、LED124の点灯灯用の制御回路、などを含み演算処理の中核を成すものである。また、音響校正器100は、電源スイッチSW1を含む電池ユニット126(安定化電源でもよい)を含んで構成されている。
In the
以下に、音響校正器100の動作を説明する。電源スイッチSW1をオンにすると電池ユニット126の電池から電源電圧+Vccが各部へ供給され、レベルを監視・制御されながら校正用の信号がカプラ部104内に出力される。ここでは、カプラ部104内の音場が十分拡散され安定した音圧が得られるように、発音体112としてスピーカを2個配しているが、場合によっては1個でもよい。
Hereinafter, the operation of the
出力はマイクロホン114により常時監視され、出力変動があるとAMP回路116を経て発音体112の出力が調整されて、規定の音圧になるように調整される。周囲温度が変化すると、温度センサ120がこれを検知し、CPU118が補正用定数テーブルメモリからデータを取り込み、参照してマイクロホン114の感度を規定値まで補正する。
The output is constantly monitored by the
補正用定数テーブルメモリ122のデータは、図6の鎖線Xで繋がれたマイクロホン114毎に、初期感度や温度変化に対する補正値(温度勾配)が記憶されている。このように、発音体112からの出力、すなわちカプラ部104内の校正音圧は、常に規定値に保たれることになる。このため、適用される温度補正用のマイクロホン114は、その温度に対する挙動(特性)さえ計時的に安定していれば(再現性を有していれば)、初期感度・温度特性などは各個体ごとにバラついていても問題とならず、エレクトレットコンデンサーマイクロホンなど非常に安価なマイクを用いた場合でも安定、かつ高性能な音響校正器を構築できる。
As the data in the correction
むしろ、感度の計時的安定性は、一般の計測用コンデンサーマイクロホンのようにダイヤフラムに大きな張力をかけることが無いので、エレクトレットコンデンサーマイクロホンの方が高いことも多く、その点でも当該発明の補正法は有利である。なお、電源電圧として上記のような電池ユニット126を用いる場合などは、電池が消耗し電源電圧+Vccが許容範囲を超えることがある。このため、これを警告するためのLED124を本体外側表面に配置し、同時に発音を停めて誤った出力で校正が行われないよう二重に対策している。
Rather, the time stability of the sensitivity does not apply a large tension to the diaphragm like a general measurement condenser microphone, so the electret condenser microphone is often higher. It is advantageous. When the
R0 抵抗
R1 可変抵抗(初期感度補正手段)
R2 帰還抵抗(出力補正手段)
C1 コンデンサ
C2 コンデンサ
10 マイクロホンユニット
12 筐体
14 振動板
14A 固定電極部
14B 振動電極部
16 カートリッジ部
18 演算増幅器(OPアンプ)
20 プリアンプ部
22 バイアス電源
24 一方の接続端子
26 他方の接続端子
28 一方の端子
30 他方の端子
32 サーミスタ:R3(温度検出センサ、出力補正手段)
(第2の実施の形態)
10A マイクオロホンユニット(基本構成)
50 騒音計
52 本体ケース
54 センサプループ
56 A/D変換器
58 周波数補正部
60 温度補正部
62 サーミスタ
64 プリアンプ部
66 A/D変換器
68 補正用定数テーブルメモリ
70 対数圧縮部
72 表示部
(第3の実施の形態)
100 音響校正器
102 被測定対象(騒音計)
102A マイクロホンユニット部
104 カプラ部
106 音響校正器本体
108 装填部
110 空間部
112 発音体
114 マイクロホン(監視用マイクロホン)
116 AMP回路
118 CPU
120 温度センサ
122 補正用定数テーブルメモリ
124 LED
SW1 電源スイッチ
126 電池ユニット
R0 resistance R1 variable resistance (initial sensitivity correction means)
R2 feedback resistor (output correction means)
C1
DESCRIPTION OF
(Second Embodiment)
10A microphone orophone unit (basic configuration)
DESCRIPTION OF
100
102A
116
120
SW1 Power switch 126 Battery unit
Claims (8)
前記プリアンプ部における増幅率を、予め定められた定常温度を基準として初期感度を補正する初期感度補正手段と、
前記カートリッジ部又はプリアンプ部近傍の温度を検出する温度検出センサと、
前記温度検出センサからの出力に基づいて、前記プリアンプ部からの出力を補正する出力補正手段と、
を有するマイクロホンユニット。 A microphone unit having a cartridge part having a diaphragm such as a diaphragm for converting sound, which is a pressure fluctuation wave, into an electric signal, and a preamplifier part for amplifying the electric signal obtained by the diaphragm,
An initial sensitivity correction means for correcting the initial sensitivity with respect to the amplification factor in the preamplifier unit with reference to a predetermined steady temperature;
A temperature detection sensor for detecting the temperature in the vicinity of the cartridge part or the preamplifier part;
Based on the output from the temperature detection sensor, output correction means for correcting the output from the preamplifier unit,
A microphone unit having
前記カートリッジ部又はプリアンプ部近傍の温度を検出する温度検出センサと、
前記温度検出センサからの出力に基づいて、前記プリアンプ部からの出力を補正する出力補正手段と、
を有するマイクロホンユニット。 It has a cartridge part provided with a diaphragm for converting sound, which is a pressure fluctuation wave, into an electric signal, and a preamplifier part for amplifying the electric signal obtained by the diaphragm, and at the time of manufacture, the amplification factor in the preamplifier part Is a microphone unit whose initial sensitivity is corrected with reference to a predetermined steady-state temperature,
A temperature detection sensor for detecting the temperature in the vicinity of the cartridge part or the preamplifier part;
Based on the output from the temperature detection sensor, output correction means for correcting the output from the preamplifier unit,
A microphone unit having
音響校正器近傍の温度を検出する温度検出センサと、
前記出力監視マイクロホン出力を、前記温度検出センサの検出結果に基づいて補正する出力補正手段と、
を備えることを特徴とする音響校正器。 A sound generator is built in, and an output monitoring microphone is arranged in the vicinity of the sound generator, and the output of the output monitoring microphone is constantly monitored and controlled to generate a constant calibration sound pressure. A microphone unit or a coupler unit for mounting an inspection target including a sound level meter, and an acoustic calibrator for calibrating the sensitivity of the inspection target.
A temperature detection sensor for detecting the temperature near the acoustic calibrator;
Output correction means for correcting the output monitoring microphone output based on the detection result of the temperature detection sensor;
An acoustic calibrator comprising:
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