JP2016171372A - 可変指向性コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】位相変調型発振検波方式を利用して可変指向性コンデンサマイクロホンを実現させること。【解決手段】互いに背中合わせに配置された第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵｆ，Ｕｂと、前記第１および第２コンデンサマイクロホンユニットの各静電容量Ｃｆ，Ｃｂを含む第１および第２共振回路と、前記各共振回路に対して、高周波のバイアス信号を与える発振回路１１と、前記第１および第２のコンデンサマイクロホンユニットのそれぞれの静電容量変化に対応した音声信号を復調する第１および第２復調回路１２，１３とが備えられる。第１復調回路からの信号が第２端子ピンＰＩＮ２に、ホット側出力としてもたらされ、第２復調回路からの信号と少なくともその逆位相の信号とが選択手段によって選択されて、第３端子ピンＰＩＮ３に、コールド側出力としてもたらされる。【選択図】図１

Description

この発明は、２つのマイクロホンユニットを背中合わせに備えることで、可変指向性の機能を備えたコンデンサマイクロホンに関し、特にマイクロホンユニットのインピーダンス変換器に代えて、高周波バイアス方式と呼ばれる発振検波方式を用いた可変指向性コンデンサマイクロホンに関する。

指向性を可変できるマイクロホンとして、それぞれにカージオイド特性を有するマイクロホンユニットを、前後に背中合わせに配置したものが提案されている。
一般的にコンデンサマイクロホンは、ダイナミックマイクロホンに比較して広帯域の集音に適しており、かつ指向周波数応答に優れている。
このようなコンデンサマイクロホンは出力インピーダンスが高いために、例えばＦＥＴなどによるインピーダンス変換器が用いられている。

前記した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、発振検波方式を用いたコンデンサマイクロホンが存在する。この発振検波方式を用いたコンデンサマイクロホンは、回路構成が複雑で調整がし難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、現在においても商品化されている。

発振検波方式のコンデンサマイクロホンには、位相変調型と振幅変調型が存在する。前者の位相変調型は、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。後者の振幅変調型は、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をするが、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。なお位相変調型の発振検波方式を利用したコンデンサマイクロホンが、次に示す特許文献に開示されている。

米国特許第３４２２２２５号公報

この発明は、前記した位相変調型発振検波方式を利用して可変指向性コンデンサマイクロホンを実現させることを課題とするものであり、２つのマイクロホンユニットに対応して独立した位相変調回路が用いられる。
そして、位相変調型発振検波方式による固有雑音の低い特質をさらに生かすために、音声信号を平衡（バランス）出力させる合理的な回路構成を採用し、楽音をより忠実に、高いＳ／Ｎをもって平衡出力信号の指向性を可変できるようにした可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することを目的とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る可変指向性コンデンサマイクロホンは、第１と第２の固定極が互いに非導通状態で背中合わせに配置され、前記第１と第２の固定極に一定の間隔をおいて第１と第２の振動板がそれぞれ配置されることにより形成された電気的に独立した第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットと、前記第１コンデンサマイクロホンユニットの静電容量と、第１共振コイルによって構成された第１共振回路と、前記第２コンデンサマイクロホンユニットの静電容量と、第２共振コイルによって構成された第２共振回路と、前記第１共振回路および第２共振回路に対して、高周波のバイアス信号を与える発振回路と、前記第１共振回路および第２共振回路の共振周波数信号をそれぞれ受けて、前記第１および第２のコンデンサマイクロホンユニットのそれぞれの静電容量変化に対応した音声信号を復調する第１復調回路および第２復調回路と、前記第１復調回路による第１復調信号がもたらされる第１の平衡出力端子と、前記第２復調回路による第２復調信号と少なくともその逆位相の信号とが選択手段によって選択されてもたらされる第２の平衡出力端子とが備えられ、前記第１と第２の平衡出力端子における平衡出力信号の指向性が、前記選択手段によって可変されることを特徴とする。

この場合、好ましくは前記選択手段に可変抵抗器が用いられ、前記可変抵抗器における抵抗体の一方の端子および他方の端子に、前記第２復調信号とその逆位相の信号がそれぞれ供給されると共に、前記可変抵抗器の摺動端子が前記第２の平衡出力端子に接続された構成を好適に採用することができる。

そして、前記第１復調回路および第２復調回路として、それぞれレシオ検波回路が用いられる。
加えて、前記第２復調回路を構成するレシオ検波回路には、一対のダイオードと、前記一対のダイオードに対してアノードとカゾートが逆向きに接続された他の一対のダイオードとが備えられ、前記一対のダイオードによって前記第２復調信号を得ると共に、他の一対のダイオードによって前記２復調信号の逆位相信号をそれぞれ得るように構成される。

この発明に係る前記した可変指向性コンデンサマイクロホンによると、それぞれのコンデンサマイクロホンユニットの静電容量変化に対応して位相変調を受けた高周波信号は、第１復調回路により復調されて第１の平衡出力端子に供給される。また第２復調回路により復調された音声信号とその逆位相の信号は、選択手段によって選択されて、第２の平衡出力端子に供給される。これにより、前記選択手段によって指向性が可変された平衡出力信号を、第１と第２の平衡出力端子にもたらすことができる。

したがって、この発明に係る可変指向性コンデンサマイクロホンによると、位相変調型発振検波方式を利用した固有雑音の低い特質を生かすことができると共に、選択手段によって指向性が可変された平衡出力信号を得ることができる可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することができる。

この発明に係る可変指向性コンデンサマイクロホンの回路構成図である。 図１に示す第１および第２復調回路によって得られる信号の指向特性および位相の関係を示したポーラパターンである。 選択手段によって指向特性が選択される様子を示したポーラパターンの演算模式図である。

この発明に係る可変指向性コンデンサマイクロホンについて、図１に示す実施の形態に基づいて説明する。
符号Ｍ１で示すコンデンサマイクロホンは、電気的に独立した二つのコンデンサマイクロホンユニットを前後に備えている。この二つのコンデンサマイクロホンユニットは、それぞれにカージオイド特性を有し、矢印０ｄｅｇ（０度）に指向軸を有するユニットを前側ユニット（第１のコンデンサマイクロホンユニット）Ｕｆと称呼し、反対側の１８０度方向に指向軸を有するユニットを後側ユニット（第２のコンデンサマイクロホンユニット）Ｕｂと称呼する。

この前側ユニットＵｆと後側ユニットＵｂを構成する第１と第２の固定極１ｆ，１ｂは互いに非導通状態で背中合わせに配置され、前記第１と第２の固定極１ｆ，１ｂにそれぞれ一定の間隔をおいて第１と第２の振動板２ｆ，２ｂが対向して配置されている。
なお、この実施の形態においては、前記第１と第２の固定極１ｆ，１ｂにおける各振動板２ｆ，２ｂに対向する面には、それぞれエレクトレット誘電体膜（図示せず）が備えられて、それぞれバックエレクトレット方式によるエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットを構成している。
また、前記各振動板２ｆ，２ｂには、例えば金属蒸着膜（図示せず）を有する合成樹脂フィルムが用いられていて、それぞれの金属蒸着膜はアース接続されている。

符号１１は、例えば８ＭＨｚ−１２ＭＨｚ程度の高周波信号を発振する発振回路を示す。この発振回路１１は、水晶振動子Ｘ１、二つの電界効果型トランジスタＱ１，Ｑ２、発振コイルＬＯを有している。水晶振動子Ｘ１の両端子はトランジスタＱ１，Ｑ２のゲート端子に接続され、トランジスタＱ１，Ｑ２のソース端子は発振コイルＬＯの二つのコイルＬＯ１，ＬＯ２に接続され、これら二つのコイルＬＯ１，ＬＯ２の接続中点は、後述するファントム電源から給電を受ける定電圧回路に接続されている。

そして、トランジスタＱ１のドレイン端子は、抵抗Ｒ１を介してアースに接続されており、ゲート端子は抵抗Ｒ２を介して、アースに接続されている。またトランジスタＱ２のドレイン端子は、抵抗Ｒ３を介してアースに接続されており、ゲート端子は抵抗Ｒ４を介して、アースに接続されている。

発振コイルＬＯには、前記コイルＬＯ１，ＬＯ２と磁気結合した別のコイルＬＯ３，ＬＯ４が備えられている。これらのコイルＬＯ３，ＬＯ４は、前記発振回路１１で生成される高周波信号を、後述する共振回路に対してバイアス信号（励振信号）として与えるために、共振回路に対する結合手段として機能する。

前記コイルＬＯ３，ＬＯ４はセンタータップを有し、これらのセンタータップはアース接続されている。またコイルＬＯ３の一端は第１共振コイルＬｆを構成するコイルＬｆ１を介して前記第１固定極１ｆに接続されている。コイルＬＯ３の他端は第２共振コイルＬｂを構成するコイルＬｂ１を介して前記第２固定極１ｂに接続されている。
前記コイルＬＯ４の一端は前記コイルＬｆ１と磁気結合しているコイルＬｆ２のセンタータップに接続されており、前記コイルＬＯ４の他端は前記コイルＬｂ１と磁気結合しているコイルＬｂ２のセンタータップに接続されている。

第１共振コイルＬｆを構成する前記コイルＬｆ２の両端は、第１レシオ検波回路（第１復調回路）１２を構成するダイオードＤ１，Ｄ２をそれぞれ介して第１復調信号の出力端子ａを構成し、この出力端子ａとアース間にはコンデンサＣ１が挿入されている。そして、出力端子ａに得られる第１復調信号は、コンデンサＣ４を介して後述する第１のエミッタフォロア回路１４に供給される。

他方の第２共振コイルＬｂを構成する前記コイルＬｂ２の両端は、第２レシオ検波回路（第２復調回路）１３を構成するダイオードＤ３，Ｄ４をそれぞれ介して第２復調信号の出力端子ｂを構成し、この出力端子ｂとアース間にはコンデンサＣ２が挿入されている。さらに前記した第２レシオ検波回路（第２復調回路）１３を構成する前記コイルＬｂ２の両端には、前記一対のダイオードＤ３，Ｄ４に対して、アノードとカソートが逆向きに接続された他の一対のダイオードＤ５，Ｄ６が備えられている。そして、ダイオードＤ５，Ｄ６をそれぞれ介して前記第２復調信号に対して逆位相の復調信号を出力する端子ｃが構成され、この出力端子ｃとアース間にはコンデンサＣ３が挿入されている。

前記第２復調信号の出力端子ｂと、第２復調信号に対して逆位相の復調信号の出力端子ｃとの間には、選択手段として機能する可変抵抗器ＶＲ１における抵抗体の一方の端子および他方の端子がそれぞれ接続されている。そして、可変抵抗器ＶＲ１の摺動端子に得られる復調信号は、コンデンサＣ５を介して後述する第２のエミッタフォロア回路１５に供給される。

前記第１レシオ検波回路１２の出力端子ａは、前記したとおりコンデンサＣ４を介してＰＮＰトランジスタＱ３による第１のエミッタフォロア回路１４に接続されている。この第１のエミッタフォロア回路１４は、バイアス設定抵抗Ｒ５，Ｒ６を備え、このエミッタフォロア出力は、出力コネクタの第２端子ピンＰＩＮ２に、ホット側出力として供給される。

また前記可変抵抗器ＶＲ１の摺動端子は、前記したとおりコンデンサＣ５を介してＰＮＰトランジスタＱ４による第２のエミッタフォロア回路１５に接続されている。この第２のエミッタフォロア回路１５は、バイアス設定抵抗Ｒ７，Ｒ８を備え、このエミッタフォロア出力は、出力コネクタの第３端子ピンＰＩＮ３に、コールド側として供給される。
そして、第１のエミッタフォロア回路１４と、第２のエミッタフォロア回路１５による信号出力は、第１端子ピンＰＩＮ１をアースラインとした図示せぬ平衡シールドケーブルを介して、マイクアンプユニットとしての例えばミキサー（図示せず）に対して平衡出力される。

一方、前記端子ピンＰＩＮ２およびＰＩＮ３には、端子ピンＰＩＮ１をアースラインとして、前記ミキサー側からファントム電源が供給される。
そして、トランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタが共通接続されてアースラインとの間に定電圧素子Ｚ１と電解コンデンサＣ６が接続されている。この電圧素子Ｚ１と電解コンデンサＣ６は、前記ミキサー側のファントム電源の給電を受けて直流の定電圧回路を構成している。そしてこの定電圧回路より、前記した発振コイルＬＯの二つのコイルＬＯ１，ＬＯ２の接続中点に動作電圧が供給され、これにより前記した発振回路１１は、水晶振動子Ｘ１を利用した発振動作がなされる。

図１に示した構成によると、前側ユニットＵｆの第１固定極１ｆと第１振動板２ｆで形成される静電容量Ｃｆに対してコイルＬｆ１が接続されている。これにより第１の直列共振回路を構成している。また後側ユニットＵｂの第２固定極１ｂと第２振動板２ｂで形成される静電容量Ｃｂに対してコイルＬｂ１が接続されている。これにより第２の直列共振回路を構成している。
そして、前記第１および第２の直列共振回路には、発振コイルＬＯに含まれるコイルＬＯ３から出力される発振回路１１からの高周波信号が供給され、第１および第２の直列共振回路は、発振回路１１からの高周波信号によってバイアス（励振）される。

一方、第１固定極１ｆと第１振動板２ｆで形成される静電容量Ｃｆは、音波を受けてその静電容量が変化し、静電容量ＣｆとコイルＬｆ１による共振回路の共振周波数は、静電容量Ｃｆの変化に基づいて位相変調を受ける。この位相変調を受けた高周波信号は、第１のレシオ検波回路１２によって復調されて出力端子ａにもたらされる。この出力端子ａにもたらされる第１復調信号は、図２（ａ）に示したカージオイドの指向特性を有する信号となる。

また、第２固定極１ｂと第１振動板２ｂで形成される静電容量Ｃｂは、音波を受けてその静電容量が変化し、静電容量ＣｂとコイルＬｂ１による共振回路の共振周波数は、静電容量Ｃｂの変化に基づいて位相変調を受ける。この位相変調を受けた高周波信号は、第２のレシオ検波回路１３によって復調されて出力端子ｂにもたらされる。この出力端子ｂにもたらされる第２復調信号は、図２（ｂ）に示したカージオイドの指向特性を有する信号となる。

さらに、この実施の形態においては、前記第２レシオ検波回路１３には、前記した第２復調信号に対して逆位相の復調信号を出力する出力端子ｃが形成されており、この出力端子ｃにもたらされる復調信号は、図２（ｃ）に示したカージオイドの指向特性を有し、かつ図２（ｂ）に示した信号に対して逆位相（ポーラパターン内にマイナス符号を付して示している。）の信号となる。

ここで、第２レシオ検波回路１３に備えられた出力端子ｂと出力端子ｃの間には、選択手段として機能する可変抵抗器ＶＲ１の両端子が接続され、可変抵抗器ＶＲ１の摺動端子に得られる信号が第２エミッタフォロア回路１５に供給され、端子ピンＰＩＮ３にコールド側信号として出力される。
また、第１レシオ検波回路１２の出力端子ａにもたらされる第１復調信号は、前記とおり第１エミッタフォロア回路１４に供給され、端子ピンＰＩＮ２にホット側信号として出力される。

図３は、前記可変抵抗器ＶＲ１の摺動端子の位置を選択した場合における前記したミキサー側に備えられた減算回路を含めた指向特性の変化、すなわちポーラパターンの加減算の様子を示している。
前記可変抵抗器ＶＲ１の摺動子を“Ｂ”（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）に設定した場合には、第２端子ピンＰＩＮ２と第３端子ピンＰＩＮ３には、図３（Ａ）に示したポーラパターンの信号がそれぞれ供給され、これらは前記ミキサーの減算回路において減算されるため、結果として双指向性を有する音声信号を得ることができる。

前記可変抵抗器ＶＲ１の摺動子を“Ｃ”（Ｃａｒｄｉｏｉｄ）に設定した場合には、可変抵抗器ＶＲ１の摺動子に出力される信号レベルはゼロとなり、第３端子ピンＰＩＮ３は無信号となる。これに対して第２端子ピンＰＩＮ２には、カージオイドの指向性を有する信号が供給されるため、結果として前記ミキサーの減算回路の出力として、単一指向性を有する音声信号を得ることができる。

前記可変抵抗器ＶＲ１の摺動子を“Ｏ”（Ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）に設定した場合には、第２端子ピンＰＩＮ２と第３端子ピンＰＩＮ３には、図３（Ｃ）に示したポーラパターンの信号がそれぞれ供給される。この場合、第３端子ピンＰＩＮ３に供給される信号は図２（ｃ）に示したとおり逆位相の信号であり、前記ミキサーの減算回路において減算処理をした場合、結果として二つのポーラパターンは加算されることになる。これにより無指向性を有する音声信号を得ることができる。

なお、前記した実施の形態においては、指向性の選択手段として可変抵抗器ＶＲ１を備えて、指向性を連続的に選択するようにしているが、前記可変抵抗器ＶＲ１に代えて、切り替えスイッチを指向性の選択手段として利用することができる。
この場合においては、前記した第２レシオ検波回路１３の出力端子ｂとアースラインおよび出力端子ｃを選択する３接点切替えスイッチを利用し、このスイッチ出力を第２エミッタフォロア回路１５に供給することで、図３に示した３パターンの指向性を択一的に選択可能な可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することができる。

１ｆ 第１固定極
１ｂ 第２固定極
２ｆ 第１振動板
２ｂ 第２振動板
１１ 発振回路
１２ 第１復調回路（第１レシオ検波回路）
１３ 第２復調回路（第２レシオ検波回路）
１４ 第１エミッタフォロア回路
１５ 第２エミッタフォロア回路
Ｍ１ 可変指向性コンデンサマイクロホン
Ｕｆ 前側ユニット（第１コンデンサマイクロホンユニット）
Ｕｂ 後側ユニット（第２コンデンサマイクロホンユニット）
Ｌｆ 第１共振コイル
Ｌｂ 第２共振コイル
ＬＯ 発振コイル
Ｘ１ 水晶振動子
ＶＲ１ 可変抵抗器（選択手段）
ＰＩＮ１ 第１端子ピン（アースライン）
ＰＩＮ２ 第２端子ピン（ホット側端子）
ＰＩＮ３ 第３端子ピン（コールド側端子）
Ｑ１，Ｑ２ 電界効果型トランジスタ
Ｑ３，Ｑ４ バイポーラトランジスタ
Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗素子

Claims (4)

1. 第１と第２の固定極が互いに非導通状態で背中合わせに配置され、前記第１と第２の固定極に一定の間隔をおいて第１と第２の振動板がそれぞれ配置されることにより形成された電気的に独立した第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットと、
   前記第１コンデンサマイクロホンユニットの静電容量と、第１共振コイルによって構成された第１共振回路と、
   前記第２コンデンサマイクロホンユニットの静電容量と、第２共振コイルによって構成された第２共振回路と、
   前記第１共振回路および第２共振回路に対して、高周波のバイアス信号を与える発振回路と、
   前記第１共振回路および第２共振回路の共振周波数信号をそれぞれ受けて、前記第１および第２のコンデンサマイクロホンユニットのそれぞれの静電容量変化に対応した音声信号を復調する第１復調回路および第２復調回路と、
   前記第１復調回路による第１復調信号がもたらされる第１の平衡出力端子と、
   前記第２復調回路による第２復調信号と少なくともその逆位相の信号とが選択手段によって選択されてもたらされる第２の平衡出力端子と、
   が備えられ、前記第１と第２の平衡出力端子における平衡出力信号の指向性が、前記選択手段によって可変されることを特徴とする可変指向性コンデンサマイクロホン。
2. 前記選択手段に可変抵抗器が用いられ、前記可変抵抗器における抵抗体の一方の端子および他方の端子に、前記第２復調信号とその逆位相の信号がそれぞれ供給されると共に、前記可変抵抗器の摺動端子が前記第２の平衡出力端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載された可変指向性コンデンサマイクロホン。
3. 前記第１復調回路および第２復調回路として、それぞれレシオ検波回路が用いられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された可変指向性コンデンサマイクロホン。
4. 前記第２復調回路を構成するレシオ検波回路には、一対のダイオードと、前記一対のダイオードに対してアノードとカゾートが逆向きに接続された他の一対のダイオードとが備えられ、前記一対のダイオードによって前記第２復調信号を得ると共に、他の一対のダイオードによって前記２復調信号の逆位相信号をそれぞれ得ることを特徴とする請求項３に記載された可変指向性コンデンサマイクロホン。

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