JP2008283399A - コンデンサーマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】高周波発振器で発振する高周波信号の振幅を低下させる要因を除去し、感度を高めながら、高周波発振器で発生する雑音を相殺することができる位相変調型発振検波方式のコンデンサーマイクロホンを得る。
【解決手段】発振回路で生成される高周波でバイアスされマイクロホンユニット５の静電容量と共振コイル３によって構成された共振回路、共振回路の出力信号からマイクロホンユニット５の静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振検波方式のコンデンサーマイクロホンに関するもので、特に、発振回路から共振コイルに高周波を供給するための構成を工夫することにより、発振コイルと共振コイルの結合度合いの微妙な調整を可能にして、共振回路の共振鋭度を高めることができるようにしたものである。

コンデンサーマイクロホンに用いられているマイクロホンユニットは出力インピーダンスが高いため、一般にはインピーダンス変換器が接続され、インピーダンスを低くして出力される。インピーダンス変換器を用いることなく低インピーダンス出力が可能な別の方式として発振検波方式のコンデンサーマイクロホンがある。発振検波方式コンデンサーマイクロホンは、回路構成が複雑で調整が難しいといった問題点があるが、固有雑音が小さいという利点があるため、現在でも商品化されている。

発振検波方式のコンデンサーマイクロホンには、位相変調型と振幅変調型がある。位相変調型は発振器に水晶振動子を用いることができ、回路構成が比較的簡単であることから古くから用いられている。振幅変調型は高周波ブリッジを用いており、発振周波数が若干移動しても動作するが、位相変調型と比較すると回路構成が複雑になる難点がある。

本発明に係るコンデンサーマイクロホンは、位相変調型発振検波方式であるから、以下に、従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例についてより詳細に説明する。図７において、符号１は発振回路、４は発振コイル、１０はレシオ検波回路、６は共振コイルをそれぞれ示している。発振コイル４は、互いに磁気結合された三つのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有してなる。

発振回路１は、トランジスタ２、水晶振動子３、上記コイルＬ１（タンクコイル）を含む。コイルＬ１にはコンデンサーＣ１が並列に接続され、コイルＬ１の一端には電源ＰＳが接続され、コイルＬ１の他端はトランジスタ２のコレクタに接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間には抵抗Ｒ１が接続され、ベースとアースの間には水晶振動子３が接続され、水晶振動子３と並列に抵抗Ｒ２が接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間にはまた、コンデンサーＣ７とＣ８が直列に接続され、このコンデンサーＣ７とＣ８の接続点はトランジスタ２のエミッタに接続され、エミッタは抵抗Ｒ３を介してアースに接続されている。コイルＬ２とＬ３は直列に接続され、この接続点はアースに接続されている。発振回路１は水晶振動子３を備えた発振回路を構成することによって発振周波数を安定化させている。

上記共振コイル６は互いに磁気結合された三つのコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６を有してなる。上記レシオ検波回路１０は、位相変調された信号の復調方式の一つで、コイルＬ５、Ｌ６とコンデンサーの結合によって位相差を作り、ベクトル的に復調する回路方式である。上記コンデンサーは、コンデンサーマイクロホンユニット５、より具体的にいえば、コンデンサーマイクロホンユニットを構成している振動板と、この振動板と間隙をおいて対向している固定電極との間で形成されているコンデンサーである。コイルＬ５とＬ６は直列に接続され、コイルＬ５の他端はダイオード７を介してマイクロホン出力端子ＯＵＴに、コイルＬ６の他端はダイオード８を介して上記マイクロホン出力端子ＯＵＴに接続されている。ダイオード７と８は互いに逆向きになっている。

発振回路１は、例えば８ＭＨｚ−１２ＭＨｚ程度の高周波を発振し、発振した高周波を発振コイル４から共振コイル６に供給するために、コイルＬ２の一端とコイルＬ４の一端が接続され、コイルＬ３の一端が、コイルＬ５とＬ６の接続点に接続されている。発振回路１で発振された高周波は、コイルＬ２、Ｌ３から共振コイル６に供給される。共振コイル６を構成するコイルＬ４にはマイクロホンユニット５の静電容量が直列に接続されている。コンデンサーマイクロホンユニット５は、振動板が受けた音波にしたがって振動することにより上記静電容量が変化する。マイクロホンユニット５の静電容量と共振コイル６のインダクタンスによって共振回路を構成し、これに発振回路１で生成される高周波信号をバイアスとして加える。上記高周波はマイクロホンユニット５で電気音響変換された音声信号で位相変調される。この変調信号は、上記レシオ検波回路１０で復調され、マイクロホン出力端子ＯＵＴから出力される。共振コイル６を構成するコイルＬ４はマイクロホンユニット５の静電容量と直列共振することから、共振周波数でのインピーダンスが極めて低くなる。このように共振周波数でのインピーダンスを低くしなければ、感度が低下する。

上記従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例では、発振コイル４を構成するコイルＬ２から共振コイル６へ高周波を供給している。そのため、コイルＬ２と共振コイル６の結合が密になりすぎると、直列共振で低下したインピーダンスが発振回路１の負荷になるため、発振が不安定になりやすく、過負荷になると発振が停止することがあった。また、コイルＬ２と共振コイル６の結合が浅い場合は、発振回路１の負荷は小さくなるが、信号出力が微弱になって音が出ないことがある。したがって、発振コイル４を構成するコイルＬ２は、他の発振コイルに対する巻き回数、巻きつけ位置を微妙に調整する必要があり、調整が面倒であった。さらに、上記コイルＬ２は、共振コイルＬ４にとって共振回路の直流抵抗の一部となり、共振回路の共振鋭度を低下させ、感度低下の要因となっていた。

なお、本発明に関連のある従来技術として特許文献１記載の発明がある。特許文献１記載の発明は、コンデンサーマイクロホンにおいて、振動板に対する対向面積が同一で、かつ、振動板に対して等距離に配置された第１固定電極および第２固定電極を用い、各固定電極にインピーダンス変換器を接続するとともに、第１固定電極と第２固定電極に逆極性の成極電圧を加えるものである。

この特許文献１記載の発明は、高域での指向周波数応答を損なうことなく、過大信号入力時におけるインピーダンス変換器の出力歪を低減することを狙ったものである。

本発明に関連のある別の従来技術として特許文献２記載の発明がある。特許文献２記載の発明はデジタルマイクロホンに関するもので、音波を受けて振動する振動板の振動を発振周波数の変化すなわちＦＭ波に変換する発振器と、この発振器の出力であるＦＭ信号をデジタル音声信号の標本化周波数のクロック周期でゲートするゲート回路と、ゲートされたＦＭ信号の数をカウントするパルスカウント部と、ＦＭの無変調時と同じ周波数の基準値と上記カウントされた値の差分を算出する演算部とを備え、標本化周波数の周期にしたがってデジタルデータを出力することを特徴とする。

特許文献２記載の発明は、振動板の振動をＦＭ波に変換する発振器を備えている点に限れば、後述の本願発明の構成と共通点があるが、ＦＭ波に変換した後の回路構成ないしは信号処理がまったく異なっているとともに、本願発明はデジタル信号として出力するための回路構成を備えるものでもない。

特開２００６−１０１３０２号公報 特開平７−２３４９２号公報

本発明は、図７について説明したような従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンにみられる問題点を解消すること、すなわち、高周波発振器で発振する高周波信号の振幅を低下させる要因を除去し、感度を高めることができる位相変調型発振検波方式のコンデンサーマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、発振コイルおよび水晶振動子を備えた発振回路と、この発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、この共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、上記結合手段が、上記発振コイルと共振コイルを結合する結合コイルであることを最も主要な特徴とする。
結合手段は、結合コイルに代えて、発振コイルと共振コイルを磁気結合する磁性体としてもよい。

発振回路と共振回路の結合手段は、発振コイルと共振コイルを結合する結合コイル、または、発振コイルと共振コイルを磁気結合する磁性体によって構成されているため、従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンのように、共振回路との結合手段としてのコイルを発振コイル内に設ける必要がない。したがって、このコイルの抵抗分だけ共振回路の直流抵抗が軽減され、共振回路の共振鋭度を高めて、感度の高い位相変調型発振検波方式のコンデンサーマイクロホンを得ることができる。
発振コイルと共振コイルに対する結合コイルまたは磁性体の相対位置を調整することは容易であるため、発振コイルと共振コイルとの結合の度合いを微妙に調整することが可能である。

以下、本発明にかかるコンデンサーマイクロホンの実施例について図１ないし図６を参照しながら説明する。なお、図７に示す従来例の構成と同じ構成部分には同じ符号を付してある。

図１ないし図４は、本発明に係るコンデンサーマイクロホンの第１の実施例を示している。
図１において、符号１は発振回路、１２は発振コイル、１０は復調回路であるレシオ検波回路、６は共振コイルをそれぞれ示している。発振コイル１２は、コア２１の介在のもとに互いに磁気結合された二つのコイルＬ１、Ｌ３を有してなり、図７に示す従来例における発振コイル４と異なり、コイルＬ２は備えていない。

発振回路１は、トランジスタ２、水晶振動子３、上記コイルＬ１（タンクコイル）を含む。コイルＬ１にはコンデンサーＣ１が並列に接続され、コイルＬ１の一端には電源ＰＳが接続され、コイルＬ１の他端はトランジスタ２のコレクタに接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間には抵抗Ｒ１が接続され、ベースとアースの間には水晶振動子３が接続され、水晶振動子３と並列に抵抗Ｒ２が接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間にはまた、コンデンサーＣ７とＣ８が直列に接続され、このコンデンサーＣ７とＣ８の接続点はトランジスタ２のエミッタに接続され、エミッタは抵抗Ｒ３を介してアースに接続されている。コイルＬ２とＬ３は直列に接続され、この接続点はアースに接続されている。発振回路１は水晶振動子３を備えることによって発振周波数を安定化させている。

上記共振コイル６はコア６１の介在のもとに互いに磁気結合された三つのコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６を有してなる。上記レシオ検波回路１０は、位相変調された信号の復調方式の一つで、コイルＬ５、Ｌ６とコンデンサーの結合によって位相差を作り、ベクトル的に復調する回路方式である。上記コンデンサーは、コンデンサーマイクロホンユニット５、より具体的にいえば、コンデンサーマイクロホンユニットを構成している振動板と、この振動板と間隙をおいて対向している固定電極との間で形成されているコンデンサーである。このコンデンサーマイクロホンユニット５からなる静電容量と共振コイル６によって共振回路が構成されている。コイルＬ５とＬ６は直列に接続され、コイルＬ５の他端はダイオード７を介してマイクロホン出力端子ＯＵＴに、コイルＬ６の他端はダイオード８を介して上記マイクロホン出力端子ＯＵＴに接続されている。ダイオード７と８は互いに逆向きになっている。

発振回路１は、例えば８ＭＨｚ−１２ＭＨｚ程度の高周波を発振し、発振した高周波を発振コイル４から共振コイル６に供給するために、タンクコイルＬ１の一端がコンデンサー１４を介して共振コイル６のひとつのコイルＬ４とマイクロホンユニット５との接続点に接続されている。また、コイルＬ３の一端が、コイルＬ５とＬ６の接続点に接続され、コイルＬ３の他端はアースに接続されている。

発振回路１で発振された高周波は、結合手段を経て共振回路１０に供給される。この結合手段として、第１の実施例では、発振コイル１２と共振コイル６を結合する結合コイル２５が用いられていて、この点が第１の実施例の特徴となっている。図２に示すように、発振コイル１２と共振コイル６は相互間に間隔をおいて回路基板１６の上に配置されている。図３にも示すように、結合コイル２５は、発振コイル１２のコア２１と共振コイル６のコア６１にまたがって巻かれている。また、結合コイル２５は、発振コイル１２のコア２１と共振コイル６のコア６１にまたがる１ターンのコイルである。

前記共振コイル６を構成するコイルＬ４にはコンデンサーマイクロホンユニット５の静電容量が直列に接続され、コイルＬ４の他端とマイクロホンユニット５の他端はともに接地されている。コンデンサーマイクロホンユニット５は、受けた音波にしたがって振動板が振動することにより上記コンデンサーの静電容量が変化し、電気信号に変換される。マイクロホンユニット５と共振コイル６は、これらの静電容量とインダクタンスによって共振する共振回路を構成している。この共振回路に、発振回路１で生成される高周波信号が上記結合手段としての結合コイル２５によってバイアスとして加えられる。上記高周波はマイクロホンユニット５で電気音響変換された音声信号で位相変調される。この変調信号は、上記レシオ検波回路１０で復調され、マイクロホン出力端子ＯＵＴから出力される。

以上説明した実施例によれば、発振回路１と共振回路を結合する結合手段が、発振コイル１２と共振コイル６を結合する結合コイル２５で構成されているため、従来のように、発振コイル内に共振コイルと結合するためのコイルを設ける必要はない。そのため、共振回路の直流抵抗が軽減され、共振回路の共振鋭度の低下要因がなくなり、感度の高いコンデンサーマイクロホンを得ることができる。発振コイル１２の構成が簡単になるという利点もある。
加えて、上記結合コイル２５は、発振コイル１２のコア２１と共振コイル６のコア６１にまたがる１ターンのコイルであればよいので、結合コイル２５自体の構成はきわめて簡単であり、発振コイル１２のコア２１と共振コイル６のコア６１との相対位置調整が容易で、発振コイル１２と共振コイル６の結合の深さを微妙に調整することができる。

図２、図３に示す例では、結合コイル２５が、導線を長円状に成形して、発振コイル１２のコア２１と共振コイル６のコア６１にそれぞれ半周ずつ巻いた形になっているが、発振コイル１２と共振コイル６の結合をより深くするために、図４に示すように、結合コイル２５を、平面方向から見て分銅形にして、上記各コア２１，６１に対する巻きつき角度を大きくしてもよい。さらに、図２に上下方向の矢印で示すように、結合コイル２５を上記各コア２１，６１に対して上下方向に位置調整して、発振コイル１２と共振コイル６の結合度合いを調整するように構成してもよい。

以上、結合コイル２５の構成は、導線をループ状に形成したものとして説明したが、導体からなる板状の部材に、発振コイル１２のコア２１と共振コイル６のコア６１が貫通することができる孔を形成し、この孔を上記各コア２１，６１が貫通するように配置してもよい。上記各コア２１，６１に対する上記板状の結合コイルの位置を調整することにより、発振コイル１２と共振コイル６の結合の深さを調整することができる。

図５、図６は本発明の第２実施例を示す。第２実施例が第１実施例と異なる点は、発振回路と共振回路との結合手段が、前記結合コイル１５に代わって、発振コイル１２と共振コイル６を磁気結合する磁性体２８で構成されている点である。回路基板１６上に間隔をおいて配置された発振コイル１２と共振コイル６はそれぞれコア２１，６１を有し、これらのコアにそれぞれのコイルが巻かれている。発振コイル１２と共振コイル６のコア２１，６１に近接してその上方に磁性体２８が配置されている。磁性体２８は板状ないしは角柱状で、各コア２１，６１の上端面に対する離間距離を調整可能に、したがって、発振コイル１２と共振コイル６との結合度合いを調整可能に配置されている。
その他の回路構成は第１実施例の回路構成と同じであるから、共通の構成部分には共通の符号を付して説明を省略する。

以上説明した第２実施例によれば、マイクロホンユニット５と共振コイル６で構成される共振回路に、発振回路１で生成される高周波信号が、上記結合手段としての磁性体２８によってバイアスとして加えられる。上記高周波はマイクロホンユニット５で電気音響変換された音声信号で位相変調される。この変調信号は、上記レシオ検波回路１０で復調され、マイクロホン出力端子ＯＵＴから出力される。
第２実施例も、第１実施例と同様の効果を奏する。

本発明に係るコンデンサーマイクロホンの第１実施例を示す回路図である。 上記実施例に用いられる結合手段の例を示す正面図である。 上記結合手段の例を示す平面図である。 上記実施例に用いられる結合手段の変形例を示す平面図である。 本発明に係るコンデンサーマイクロホンの第２実施例を示す回路図である。 上記実施例に用いられる結合手段の例を示す正面図である。 従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例を示す回路図である。

符号の説明

１ 発振回路
２ トランジスタ
３ 水晶振動子
５ コンデンサーマイクロホンユニット
６ 共振コイル
１０ 復調回路
１２ 発振コイル
２１ コア
２５ 結合手段としての結合コイル
２８ 結合手段としての磁性体
６１ コア

Claims (8)

1. 発振コイルおよび水晶振動子を備えた発振回路と、
   上記発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、
   上記共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、
   上記結合手段は、上記発振コイルと共振コイルを結合する結合コイルであることを特徴とするコンデンサーマイクロホン。
2. 結合コイルは、発振コイルのコアと共振コイルのコアにまたがって巻かれている請求項１記載のコンデンサーマイクロホン。
3. 結合コイルは、発振コイルのコアと共振コイルのコアにまたがる１ターンのコイルである請求項１記載のコンデンサーマイクロホン。
4. 結合コイルは、発振コイルのコアと共振コイルのコアが貫通した平板状の導体である請求項１記載のコンデンサーマイクロホン。
5. 結合コイルは、発振コイルのコアおよび共振コイルに対する位置が調整可能である請求項２，３または４記載のコンデンサーマイクロホン。
6. 発振コイルおよび水晶振動子を備えた発振回路と、
   上記発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、
   上記共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、
   上記結合手段は、上記発振コイルと共振コイルを磁気結合する磁性体であることを特徴とするコンデンサーマイクロホン。
7. 磁性体は、発振コイルのコアと共振コイルのコアを磁気結合する請求項６記載のコンデンサーマイクロホン。
8. 磁性体は、発振コイルのコアおよび共振コイルのコアとの離間距離を調整可能である請求項７記載のコンデンサーマイクロホン。

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