JP2009038569A - マイクロフォン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁ノイズに対する耐性が向上したマイクロフォン装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るマイクロフォン装置１は、加えられる音圧に応じて静電容量が変化するコンデンサマイクロフォン４をゲイン変化用のインピーダンス素子として組み込んだ増幅器３と、前記増幅器３に所定周波数の交流信号を入力する交流信号源２と、前記増幅器３の出力信号を復調する復調回路５と、を備え、前記コンデンサマイクロフォン４は、前記静電容量の変化に基づくインピーダンス変化によって前記ゲインを変化させるように設けられ、これによって、前記交流信号を前記音圧に基づく音声信号で振幅変調した信号を、前記増幅器３の出力信号として得るように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロフォン装置に関し、より詳細には、コンデンサマイクロフォンを用いたマイクロフォン装置に関する。

従来、コンデンサマイクロフォンを備えたマイクロフォン装置が利用されている（例えば、特許文献１）。このようなマイクロフォン装置の回路構成例を、図６に模式的に示す。このマイクロフォン装置２０では、コンデンサマイクロフォン２２の一方の電極が直流電源２１に接続され、他方の電極が増幅器２３の入力に接続されている。等価回路図に示すように、増幅器２３の入力インピーダンス２４は、コンデンサマイクロフォン２２と直列に接続されることになる。コンデンサマイクロフォン２２に音圧が作用すると、その静電容量が振動的に変化するので、その電極間電圧Ｖに交流成分が発生する。この交流成分は、増幅器２３から音声信号として出力される。

ところで、上記のようにコンデンサマイクロフォン２２の電極間電圧Ｖに交流成分を発生させるためには、音圧が加えられた際に、コンデンサマイクロフォン２２に蓄えられている電荷を一定に保持する必要がある。該電荷を一定に保つには、コンデンサマイクロフォン２２の静電容量と増幅器２３の入力インピーダンス２４によって規定されるＣＲ時定数を、対象とする音の周波数の逆数（すなわち周期）よりも十分に大きくしなければならない。したがって、上記マイクロフォン装置２０では、入力インピーダンス２４の大きな増幅器２３を使用して、該入力インピーダンス２４とコンデンサマイクロフォン２２の静電容量とで上記ＣＲ時定数を大きく設定している。それ故、入力インピーダンス２４を含む電圧印加ラインは、高いインピーダンスを有している。
特開２００４−２３２０２号公報

上記のように従来のマイクロフォン装置２０は、電圧印加ラインのインピーダンスが高く設定されているので、該ラインに電磁ノイズがのりやすいという問題点を生じる。そこで、本発明の目的は、電磁ノイズに対する耐性が向上したマイクロフォン装置を提供することにある。

本発明は、マイクロフォン装置に係るものであり、上記目的を達成するために、加えられる音圧に応じて静電容量が変化するコンデンサマイクロフォンをゲイン変化用のインピーダンス素子として組み込んだ増幅器と、前記増幅器に所定周波数の交流信号を入力する交流信号源と、前記増幅器の出力信号を復調する復調回路と、を備え、前記コンデンサマイクロフォンは、前記静電容量の変化に基づくインピーダンス変化によって前記ゲインを変化させるように設けられ、これによって、前記交流信号を前記音圧に基づく音声信号で振幅変調した信号を、前記増幅器の出力信号として得るように構成されている。

前記交流信号の角周波数ωは、前記音圧の角周波数ω₁に対して、ω＞＞ω₁の関係を満たすように設定されている。

前記増幅器が反転増幅器であり、前記コンデンサマイクロフォンが該反転増幅器の帰還抵抗要素として設けられるように構成することができる。

前記増幅器が反転増幅器であり、前記コンデンサマイクロフォンが該反転増幅器の入力抵抗要素として設けられるように構成することができる。

前記復調回路は、前記増幅器の出力信号を包絡線検波する包絡線検波回路を備えるように構成することができる。

前記復調回路は、入力部及び／又は出力部にインピーダンス変換用のバッファを備えるように構成することができる。

本発明は、増幅器に入力した所定周波数の交流信号をコンデンサマイクロフォンのインピーダンス変化に基づいて変調し、その変調された交流信号からコンデンサマイクロフォンに加えられた音圧に基づく音声信号を復調するものである。それ故、本発明によれば、入力インピーダンスの大きな増幅器を使用して、該入力インピーダンスとコンデンサマイクロフォンの静電容量とで規定される時定数を大きくするという、前記従来技術の構成を採用する必要がなくなる。したがって、電圧印加ラインのインピーダンスを低くして、電磁ノイズに対する耐性を従来よりも向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図１に本実施形態に係るマイクロフォン装置の回路図を模式的に示す。本実施形態に係るマイクロフォン装置１は、交流信号源２と、該交流信号源２から出力される交流信号を入力する増幅器３と、該増幅器３の出力信号を復調する復調回路５とを備えている。増幅器３には、そのゲインを決定する受動部品の一つとして、コンデンサマイクロフォン（容量値Ｃ）４が組み込まれている。

増幅器３及び復調回路５の具体的構成例を図２に示す。本実施形態において、増幅器３は、反転増幅器としての構成を有し、その反転入力端子が入力抵抗６を介して、交流信号源２に接続されるとともに、その非反転入力端子が接地されている。また、増幅器３の出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗（抵抗値Ｒ₂）７とコンデンサマイクロフォン４が並列に介在されている。

復調回路５は、入力部及び出力部にそれぞれインピーダンス変換用のバッファ８及び９を設けるとともに、これらのバッファ８、９間にダイオード１０、コンデンサ１１及び抵抗１２からなる包絡線検波回路１３を設けた構成を有する。バッファ８の入力端子には、前記増幅器３の出力が接続されている。

本実施形態に係るマイクロフォン装置１の作用について、以下に説明する。上記増幅器３は、コンデンサマイクロフォン４と帰還抵抗７との並列合成インピーダンスと、入力抵抗６の抵抗値Ｒ₁に基づいて、そのゲインが決定される。ここで、前記交流信号の角周波数をωとすると、増幅器３のゲインＧは、

と表される。
ここで、ω＜＜１／ＣＲ₂という条件では、下記（２）式の関係が成立し、またω＞＞１／ＣＲ₂という条件では、下記（３）式の関係が成立することになる。

交流信号源２から出力される交流信号の角周波数ωが１／ＣＲ₂よりも十分に大きいとすると、上記（３）式に基づき、ゲインの絶対値が、

と表される。

ここで、コンデンサマイクロフォン４に角周波数ω₁の音圧が作用して、コンデンサマイクロフォン４の電極間距離ｔがｔ＝ｔ₀（１＋０．５＊ｓｉｎ（ω₁ｔ））に変化したとすると、該コンデンサマイクロフォン４の静電容量Ｃは以下のように表される。

ただし、Ｃ₀は音圧が加わらない状態でのコンデンサマイクロフォン４の静電容量である。したがって、ゲインの絶対値は、

で与えられる。なお、従来の交流解析手法により上記（１）式を得るためには、Ｃが近似的に定数とみなせる必要がある。すなわち、音圧の角周波数ω₁と、前記交流信号の角周波数ωとが、ω＞＞ω₁の関係を満たす必要がある。

入力信号の振幅を０．１Ｖ、周波数を１ＭＨｚ、入力抵抗６の抵抗値Ｒ₁を１０ｋΩ、帰還抵抗７の抵抗値Ｒ₂を１００ｋΩ、Ｃ₀を３ｐＦとし、コンデンサマイクロフォン４に加わる音圧の周波数を１ＫＨｚとすると、増幅器３の出力信号Ｖ_outは、
Ｖ_out＝０．５３×ｓｉｎ（２π×１０⁶×ｔ）×（１＋０．５×ｓｉｎ（２π×１０³×ｔ））となる。図３は、Ｖ_outの時間波形を示している。なお、図３では、明瞭化のために、被変調波（交流信号源２の出力信号）の周期を実際の周期よりも大きくして示している。図４に、図３に示した時間波形の部分拡大図を示す。

以上の説明から明らかなように、上記増幅器３の出力信号Ｖ_outは、コンデンサマイクロフォン４に加わる音圧変化に対応した該コンデンサマイクロフォン４のインピーダンス変化に基づいて、より詳細には、上記インピーダンス変化による増幅器３のゲイン変化に基づいて、交流信号源２の出力信号を変調したものである。上記出力信号Ｖ_outは、復調回路５に入力されて復調される。すなわち、この出力信号Ｖ_outは、バッファ８を通った後、前記包絡線検波回路１３により包絡線検波される。それによって、信号Ｖ_out中に含まれる周波数１ＭＨｚの信号が除去される。したがって、包絡線検波回路１３からは、前記コンデンサマイクロフォン４に加えられた音圧の変化に対応する信号が出力される。そして、この信号は、バッファ９を介して取り出される。図５には、バッファ９の出力信号が例示されている。

このようにして、本実施形態に係るマイクロフォン装置１は、コンデンサマイクロフォン４のインピーダンス変化を利用して該コンデンサマイクロフォン４に入力される音を電気信号に変換して取り出すことができる。先に述べたように、従来のマイクロフォン装置は、コンデンサマイクロフォンの電極間に生じる交流電圧信号をそのまま音声信号として取り出すように構成されているので、増幅器の入力インピーダンスをハイインピーダンスにして、この入力インピーダンスとマイクロフォンコンデンサとで規定されるＣＲ時定数を大きくする必要がある。これに対して、上記実施形態に係るマイクロフォン装置１は、コンデンサマイクロフォン４のインピーダンスの変化を利用する原理上、入力インピーダンスをハイインピーダンスにする必要がない。したがって、電圧印加ラインのインピーダンスを低くして、電磁ノイズに対する耐性を向上することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、他の態様も採用し得る。すなわち、上記実施形態では、コンデンサマイクロフォン４を増幅器３における帰還抵抗（インピーダンス）要素として設けることにより増幅器３のゲインを変化させているが、このコンデンサマイクロフォン４を増幅器３における入力部の抵抗（インピーダンス）要素として設けることによって、増幅器３のゲインを変化させることも可能である。
例えば、図２において、コンデンサマイクロフォン４を、帰還抵抗７ではなく入力抵抗６に並列に接続すればよい。この場合、上記（１）式に相当する増幅器のゲインＧは下式となる。

この構成に関しては、（７）式をもとに図２に示す上記実施形態と同様に考えることができるので、詳細な説明は省略する。

本発明に係るマイクロフォン装置の基本概念を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロフォン装置の構成を示す回路図である。 コンデンサマイクロフォンのインピーダンス変化に基づく信号によって振幅変調された信号を示す波形図である。 図３の部分拡大図である。 復調された信号を示す波形図である。 従来のマイクロフォン装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ マイクロフォン装置
２ 交流信号源
３ 増幅器
４ コンデンサマイクロフォン
５ 復調回路
６ 入力抵抗
７ 帰還抵抗
８ バッファ
９ バッファ
１３ 包絡線検波回路

Claims (6)

1. 加えられる音圧に応じて静電容量が変化するコンデンサマイクロフォンをゲイン変化用のインピーダンス素子として組み込んだ増幅器と、
   前記増幅器に所定周波数の交流信号を入力する交流信号源と、
   前記増幅器の出力信号を復調する復調回路と、を備え、
   前記コンデンサマイクロフォンは、前記静電容量の変化に基づくインピーダンス変化によって前記ゲインを変化させるように設けられ、これによって、前記交流信号を前記音圧に基づく音声信号で振幅変調した信号を、前記増幅器の出力信号として得るようにしたことを特徴とする、マイクロフォン装置。
2. 前記交流信号の角周波数ωは、前記音圧の角周波数ω₁に対して、ω＞＞ω₁の関係を満たすように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
3. 前記増幅器が反転増幅器であり、前記コンデンサマイクロフォンが該反転増幅器の帰還インピーダンス要素として設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロフォン装置。
4. 前記増幅器が反転増幅器であり、前記コンデンサマイクロフォンが該反転増幅器の入力部のインピーダンス要素として設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロフォン装置。
5. 前記復調回路は、前記増幅器の出力信号を包絡線検波する包絡線検波回路を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
6. 前記復調回路は、入力部及び／又は出力部にインピーダンス変換用のバッファを備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。

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