JP2009065433A - マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲に騒音があるときには耐騒音性を優先して２次音圧傾度型として動作させ、周囲に騒音がないときには音質を優先して１次音圧傾度型として動作させる。
【解決手段】２つの１次音圧傾度型マイクロホンユニットを含み、その一方が膜エレクトレット型の主マイクロホンユニット１０で、他方がバックエレクトレット型の副マイクロホンユニット２０であり、主マイクロホンユニット１０の正相信号出力と副マイクロホンユニット２０の逆相信号出力とが減算されて２線式マイクケーブル３を介して取り出される２次音圧傾度型として動作するマイクロホン装置において、周囲の騒音を検出する第３のマイクロホンユニット３０を備え、周囲の騒音が大きい場合には、主マイクロホンユニット１０とともに、副マイクロホンユニット２０を動作状態として２次音圧傾度型として動作させ、周囲の騒音が小さい場合には、副マイクロホンユニット２０を不動作状態として、主マイクロホンユニット１０のみにより１次音圧傾度型として動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明はマイクロホン装置に関し、さらに詳しく言えば、接話マイクロホンとして好適な耐騒音性に優れているマイクロホン装置に関するものである。

特許文献１に記載されているように、接話マイクロホンは、球面波の近接作用を利用したもので、遠くから到来する音波に対しては感度が低いが、近接音源に対しては適切な出力レベルが得られるように設計されている。指向性は狭指向性の部類に含まれ、特に周囲の騒音レベルが大きい環境下で、例えばヘッドセットマイクロホンとして話者の声を明瞭に収音する目的で使用される。

通常、接話マイクロホンには、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットが用いられているが、この場合、２線式マイクケーブル（芯線の周りをシールド線にて被覆してなるケーブル）を介して電源の供給と信号の取り出しを行う方式が多用されている。この方式を一部のメーカーでは、プラグインパワーと称している。

接話マイクロホンの指向性をより狭めるには、２つの１次音圧傾度型（例えば、単一指向性）マイクロホンユニットの出力を減算して２次音圧傾度型とすればよいことが知られている。

しかしながら、その１次音圧傾度型マイクロホンユニットとして、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットを２つ使用する場合、その各マイクロホンユニットにはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が搭載されているため、電源的に次のような問題が生ずることになる。

例えば、外部から供給される電源電圧が１．５Ｖ程度の低い電圧では、２つのＦＥＴを直列としては動作させることができない。並列であれば１．５Ｖ程度の低い電圧でも２つのＦＥＴを動作させることが可能であり、この場合には、各ＦＥＴのドレインを交流的に接続することにより各マイクロホンユニットの信号を加算することができる。

しかしながら、２つのマイクロホンユニットがともに膜エレクトレット型もしくはバックエレクトレット型のいずれかである場合には、その各信号を上記のように加算したのでは無指向性となってしまい２次音圧傾度型にはならない。

そこで、特許文献２に記載の発明では、２線式マイクケーブルで電源の供給と信号の取り出しを行う方式でありながら、２つのエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットにより２次音圧傾度型として動作する接話マイクロホンに好適なマイクロホン装置を実現可能としている。このマイクロホン装置の構成を図３により説明する。

このマイクロホン装置は、２次音圧傾度型であることから、第１および第２の２つの１次音圧傾度型コンデンサマイクロホンユニット１０，２０を備えており、その各々にはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１１，２１がそれぞれ接続されている。

コンデンサマイクロホンユニット１０，２０には、ともにエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットが用いられるが、例えば、一方のコンデンサマイクロホンユニット１０を膜エレクトレット型とし、これに対して、他方のコンデンサマイクロホンユニット２０をバックエレクトレット型とする。

各コンデンサマイクロホンユニット１０，２０は、芯線３ａと被覆シールド線３ｂとを有する２線式マイクケーブル３を介して外部の直流電源Ｅに接続され、また、この２線式マイクケーブル３を介して信号が外部に取り出される。

各コンデンサマイクロホンユニット１０，２０の一方の極は、ＦＥＴ１１，２１のゲート１１ｇ，２１ｇにそれぞれ接続され、他方の極は、ＦＥＴ１１，２１のソース１１ｓ，２１ｓとともに２線式マイクケーブル３のシールド線３ｂを介して接地に接続される。

ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄは、２線式マイクケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続されるが、この場合、各ドレイン１１ｄ，２１ｄはカプリングコンデンサＣ１，Ｃ２を介して交流的に接続される。

また、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄには、外部の直流電源Ｅから負荷抵抗Ｒおよび２線式マイクケーブル３の芯線３ａを介して電流が供給されるが、ＦＥＴには往々にして固有的にそのＩＤＳＳ（ゲート電圧が０のときの電流）にバラツキがある。

そのため、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄを２線式マイクケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続する場合、各ＦＥＴ１１，２１の直流的なバランスをとるうえで、その直流系統に可変抵抗（半固定抵抗）Ｒ１が接続されている。

一方のコンデンサマイクロホンユニット１０は、膜エレクトレット型であるため、そのドレイン１１ｄの信号出力は正相である。これに対して、他方のコンデンサマイクロホンユニット２０は、バックエレクトレット型であるため、そのドレイン２１ｄの信号出力は逆相である。

特許文献１に記載の発明による上記従来例によれば、一方のコンデンサマイクロホンユニット１０側のドレイン１１ｄの正相信号出力と、他方のコンデンサマイクロホンユニット２０側のドレイン２１ｄの逆相信号出力とが加算（すなわち減算）されて２線式マイクケーブル３の芯線３ａから出力されるため２次音圧傾度型として動作する。

特開２００３−９２７５号公報 特開２００５−２７７４８９号公報

しかしながら、上記したように２次音圧傾度型として動作する接話マイクロホン（耐騒音マイクロホン）は、低域の周波数応答が通常の１次音圧傾度型マイクロホンに比べて劣ることから、音質はあまりよくない。すなわち、周囲に騒音があるときの送話には適するが、騒音がないときには劣った音質の音声が出力される、という問題がある。

したがって、本発明の課題は、周囲に騒音があるときには耐騒音性を優先して２次音圧傾度型として動作し、周囲に騒音がないときには音質を優先して１次音圧傾度型として動作するマイクロホン装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、ともにインピーダンス変換器としてのＦＥＴを有する２つの１次音圧傾度型マイクロホンユニットを含み、一方のマイクロホンユニットが膜エレクトレット型の主マイクロホンユニットで、他方のマイクロホンユニットがバックエレクトレット型の副マイクロホンユニットであり、上記各ＦＥＴのドレインが２線式マイクケーブルの芯線に接続されるとともに、上記各ＦＥＴのソースが上記２線式マイクケーブルのシールド線に接続され、上記主マイクロホンユニットの正相信号出力と上記副マイクロホンユニットの逆相信号出力とが減算されて上記２線式マイクケーブルを介して取り出される２次音圧傾度型として動作するマイクロホン装置において、周囲の騒音を検出する第３のマイクロホンユニットと、上記第３のマイクロホンユニットにて検出された騒音信号の出力レベルに応じて上記副マイクロホンユニットの逆相信号出力を制御する上記副マイクロホンユニットの出力制御手段とを備えていることを特徴としている。

本発明の好ましい態様によれば、請求項２に記載されているように、上記出力制御手段は、上記副マイクロホンユニットの上記ＦＥＴのソースに接続された可変抵抗素子と、上記騒音信号の出力レベルに応じて上記可変抵抗素子の抵抗値を可変とする可変抵抗素子駆動手段とを含み、上記可変抵抗素子駆動手段は、上記騒音信号の出力レベルが高いときには上記可変抵抗素子を低抵抗とし、上記騒音信号の出力レベルが低いときには上記可変抵抗素子を高抵抗とする。

また、請求項３に記載されているように、上記可変抵抗素子として可視光導電素子が用いられ、上記可変抵抗素子駆動手段として発光ダイオードが用いられることが好ましいしい。

また、請求項４に記載されているように、上記第３のマイクロホンユニットには、無指向性のマイクロホンユニットが用いられることが好ましい。

本発明によれば、正相の信号を出力する膜エレクトレット型の主マイクロホンユニットと、逆相の信号を出力するバックエレクトレット型の副マイクロホンユニットのほかに、周囲の騒音を検出する第３のマイクロホンユニットを備え、第３のマイクロホンユニットにて検出された騒音信号の出力レベルに応じて副マイクロホンユニットの逆相信号出力を制御し、周囲に騒音があるときには２次音圧傾度型として動作させ、周囲に騒音がないときには１次音圧傾度型として動作させることにより、２次音圧傾度型の耐騒音マイクロホンとしての動作時には音質は劣化するものの耐騒音性が得られ、１次音圧傾度型で動作するときには主マイクロホンユニットにより良好な音質が得られることになる。

次に、図１および図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は本発明によるマイクロホン装置を示す模式図で、図２は本発明に含まれる２つのコンデンサマイクロホンユニットを分解して示す断面である。なお、この実施形態の説明において、先の図３で説明した上記従来例と同一もしくは同一と見なされてよい構成要素には、それと同じ参照符号を用いている。

図１に示すように、このマイクロホン装置は、基本的に２次音圧傾度型マイクロホンであることから、２つの１次音圧傾度型コンデンサマイクロホンユニット１０，２０を備えており、その各々にはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１１，２１がそれぞれ接続されている。

各コンデンサマイクロホンユニット１０，２０は、先の図３で説明した２線式マイクケーブル３を介して外部の直流電源Ｅと接続され、また、その２線式マイクケーブル３を介して信号が外部に取り出される。本発明を実施するうえで、２線式マイクケーブル３，外部の直流電源Ｅおよびその負荷抵抗Ｒは特に変更することなくそのまま使用できる。

この実施形態において、一方のコンデンサマイクロホンユニット１０は、膜エレクトレット型で正相の信号を出力し、他方のコンデンサマイクロホンユニット２０は、バックエレクトレット型で逆相の信号を出力することから、以下の説明において、一方のコンデンサマイクロホンユニット１０を「主マイクロホンユニット」、他方のコンデンサマイクロホンユニット２０を「副マイクロホンユニット」と言うことがある。

図２（ａ）に示すように、主マイクロホンユニット１０は、支持リング１１１に張設された振動板１１０と、固定極１２０とをスペーサリング１３０を介して対向的に配置してなる。図２（ｂ）に示すように、副マイクロホンユニット２０も、支持リング２１１に張設された振動板２１０と、固定極２２０とをスペーサリング２３０を介して対向的に配置してなる。

好ましい実施形態として、振動板１１０，２１０は、ともに同一のエレクトレット材よりなる。この種の振動板の一例として、１２μｍ厚のフロロエチレンポリマー（ＦＥＰ）の膜の片面に金を蒸着したものを挙げることができる。

また、好ましい実施形態として、固定極１２０，２２０側にも、エレクトレットボード１２１，２２１がそれぞれ設けられる。エレクトレットボード１２１，２２１にも同一のエレクトレット材が用いられるが、振動板１１０，２１０とエレクトレットボード１２１，２２１の全部が同一のエレクトレット材（例えばＦＥＰ）であることが好ましい。なお、固定極１２０，２２０自体はアルミニウムや銅合金などであってよい。

主マイクロホンユニット１０は、膜エレクトレット型であるため、振動板１１０のみにマイナス電荷がチャージ（帯電）され、固定極１２０側のエレクトレットボード１２１には電荷が与えられない。

これに対して、副マイクロホンユニット２０は、バックエレクトレット型であるため、振動板２１０には電荷が与えられず、固定極２２０側のエレクトレットボード２２１のみにマイナス電荷がチャージされる。

主マイクロホンユニット１０側のＦＥＴ１１および副マイクロホンユニット２０側のＦＥＴ２１は、２線式マイクケーブル３に対して並列的に接続される。すなわち、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄは、２線式マイクケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続される。

また、各マイクロホンユニット１０，２０の一方の極（例えば、振動板側）は、ＦＥＴ１１，２１のゲート１１ｇ，２１ｇにそれぞれ接続され、他方の極（例えば、固定極側）はＦＥＴ１１，２１のソース１１ｓ，２１ｓとともに２線式マイクケーブル３のシールド線３ｂを介して接地に接続される。

ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄを２線式マイクケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続するにあたって、各ドレイン１１ｄ，２１ｄはカプリングコンデンサＣ１，Ｃ２を介して交流的に接続される。

また、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄには、外部の直流電源Ｅから負荷抵抗Ｒおよび２線式マイクケーブル３の芯線３ａを介して電流が供給されるが、ＦＥＴには往々にして固有的にそのＩＤＳＳ（ゲート電圧が０のときの電流）にバラツキがある。

そのため、ＦＥＴ１１，２１の各ドレイン１１ｄ，２１ｄを２線式マイクケーブル３の芯線３ａに対して並列に接続する場合、各ＦＥＴ１１，２１の直流的なバランスをとるうえでその直流系統に可変抵抗（半固定抵抗）Ｒ１を入れることが好ましい。

このマイクロホン装置においては、主マイクロホンユニット１０側のＦＥＴ１１のドレイン１１ｄから出力される正相信号と、副マイクロホンユニット２０側のＦＥＴ２１のドレイン２１ｄから出力される逆相信号とが加算（すなわち減算）されて２線式マイクケーブル３の芯線３ａから出力され、基本的に２次音圧傾度型として動作するが、周囲の騒音がないかもしくは小さい場合に、１次音圧傾度型として動作させるため、次に説明する構成をさらに備える。

すなわち、主マイクロホンユニット１０および副マイクロホンユニット２０のほかに、周囲の騒音を検出する第３のマイクロホンユニット３０を備えるとともに、副マイクロホンユニット２０のＦＥＴ２１のソース２１ｓと接地ライン２４との間に可変抵抗素子２２が接続される。

また、副マイクロホンユニット２０に、第３のマイクロホンユニット３０の出力に応じて可変抵抗素子２２の抵抗値を可変する可変抵抗素子駆動手段２３が設けられる。

第３のマイクロホンユニット３０は、エレクトレット型マイクロホンユニットで、指向性が無指向性のマイクロホンユニットが用いられることが好ましい。

第３のマイクロホンユニット３０の出力は、オペアンプ３１にて電流に変換され、かつ、所定に増幅されたのち、ダイオードからなる検波回路３２にて検波整流され、抵抗３３とコンデンサ３４とを含む平滑回路を介して可変抵抗素子駆動手段２３に与えられる。

これにより、第３のマイクロホンユニット３０の出力に応じて、可変抵抗素子駆動手段２３により可変抵抗素子２２の抵抗値が可変とされるのであるが、この例では、可変抵抗素子２２として、光電効果を利用した半導体センサで、可視光の入射により抵抗値が減少する可視光導電素子２２ａが用いられ、可変抵抗素子駆動手段２３には、発光ダイオード２３ａが用いられている。

発光ダイオード２３ａは、可視光導電素子２２ａと光学的に結合するように配置され、副マイクロホンユニット２０の接地ライン２４と、第３のマイクロホンユニット３０の接地ライン３５との間にコンデンサ３４を直列に伴って接続されている。なお、接地ライン２４，３５は２線マイクケーブル３のシールド線３ｂに接続されている。

周囲の騒音が大きい場合には、第３のマイクロホンユニット３０より、それに比例した大きな電流が発光ダイオード２３ａに供給され、その発光量が増えるため、可視光導電素子２２ａの抵抗値が下がる。

これにより、副マイクロホンユニット２０が動作するため、このマイクロホン装置は、主マイクロホンユニット１０と副マイクロホンユニット２０とによる２次音圧傾度型の耐騒音性マイクロホンとなる。

これに対して、周囲の騒音がないかもしくは小さい場合には、第３のマイクロホンユニット３０より発光ダイオード２３ａに供給される電流がわずかで、発光ダイオード２３ａがほぼ消灯状態となる。

これにより、可視光導電素子２２ａが高抵抗になり、副マイクロホンユニット２０が動作しなくなるため、このマイクロホン装置は、主マイクロホンユニット１０のみにより１次音圧傾度型（例えば、単一指向性）マイクロホンとして動作する。

なお、上記実施形態では、振動板１１０，２１０およびエレクトレットボード１２１，２２１のエレクトレット材を同一材料とすることにより、主，副の２つのマイクロホンユニット１０，２０を極性は逆であるものの同一の指向周波数応答を有するユニットとしているが、本発明においては、主マイクロホンユニット１０が膜エレクトレット型で、副マイクロホンユニット２０がバックエレクトレット型であればよい。

本発明によるマイクロホン装置を示す模式図。 本発明に含まれる主，副の２つのマイクロホンユニットを分解して示す断面図。 従来の２次音圧傾度型マイクロホン装置を示す模式図。

符号の説明

１０ 主マイクロホンユニット（膜エレクトレット型）
１１ ＦＥＴ
２０ 副マイクロホンユニット（バックエレクトレット型）
２１ ＦＥＴ
２２ 可変抵抗素子
２２ａ 可視光導電素子
２３ 可変抵抗素子駆動手段
２３ａ 発光ダイオード
３０ 騒音検出用マイクロホンユニット
３ ２線式マイクケーブル
３ａ 芯線
３ｂ シールド線
Ｅ 直流電流
Ｒ 負荷抵抗
Ｒ１ 可変抵抗
Ｃ１，Ｃ２ カップリングコンデンサ

Claims (4)

1. ともにインピーダンス変換器としてのＦＥＴを有する２つの１次音圧傾度型マイクロホンユニットを含み、一方のマイクロホンユニットが膜エレクトレット型の主マイクロホンユニットで、他方のマイクロホンユニットがバックエレクトレット型の副マイクロホンユニットであり、上記各ＦＥＴのドレインが２線式マイクケーブルの芯線に接続されるとともに、上記各ＦＥＴのソースが上記２線式マイクケーブルのシールド線に接続され、上記主マイクロホンユニットの正相信号出力と上記副マイクロホンユニットの逆相信号出力とが減算されて上記２線式マイクケーブルを介して取り出される２次音圧傾度型として動作するマイクロホン装置において、
   周囲の騒音を検出する第３のマイクロホンユニットと、上記第３のマイクロホンユニットにて検出された騒音信号の出力レベルに応じて上記副マイクロホンユニットの逆相信号出力を制御する上記副マイクロホンユニットの出力制御手段とを備えていることを特徴とするマイクロホン装置。
2. 上記出力制御手段は、上記副マイクロホンユニットの上記ＦＥＴのソースに接続された可変抵抗素子と、上記騒音信号の出力レベルに応じて上記可変抵抗素子の抵抗値を可変とする可変抵抗素子駆動手段とを含み、上記可変抵抗素子駆動手段は、上記騒音信号の出力レベルが高いときには上記可変抵抗素子を低抵抗とし、上記騒音信号の出力レベルが低いときには上記可変抵抗素子を高抵抗とすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン装置。
3. 上記可変抵抗素子として可視光導電素子が用いられ、上記可変抵抗素子駆動手段として発光ダイオードが用いられることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホン装置。
4. 上記第３のマイクロホンユニットには、無指向性のマイクロホンユニットが用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマイクロホン装置。

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