JP2017520976A - マイクロホンおよびマイクロホンの動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過大な音圧が印加された場合でも高い検出精度を確保することができるマイクロホンおよびその動作方法を提供すること。【解決手段】変換器と、通常モードと破壊モードとを切り替えるためのモード制御部とを有し、前記モード制御部は、前記変換器の出力信号が第１閾値以上となった場合に、前記破壊モードへの切り替えを行い、前記出力信号が第２閾値以下となった場合に、前記通常モードへの切り替えを行うように構成されていることを特徴とするマイクロホン。【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロホン、特にシングルエンド変換器または差動変換器を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System、微小電気機械システム）コンデンサマイクロホンおよびその動作方法に関する。

コンデンサマイクロホンでは、過大な音圧が印加されると、振動板の破壊が生じることがある。

米国特許第５８７０４８２号には、振動板の破壊を防止するために振動板の移動を制限した小型シリコンコンデンサマイクロホンが開示されている。また、欧州特許出願公開第１５９９０６７号には、コンデンサマイクロホンにおける振動板の破壊を検出および制御するための方法が開示されている。

本発明の目的は、過大な音圧が印加された場合でも高い検出精度を確保することができるマイクロホンおよびその動作方法を提供することである。

本発明の一態様は、マイクロホンに関する。本発明に係るマイクロホンは、音声入力信号を電気信号に変換するための変換器を有する。変換器は、例えばＭＥＭＳ技術を用いて製造される。本発明に係るマイクロホンは、音声入力信号を変換器の静電容量の変化として検出するコンデンサ（またはキャパシタ）マイクロホンである。本発明における変換器は、振動板および１つまたは複数のバックプレートを備えるシングルエンド変換器あるいは差動変換器である。

本発明に係るマイクロホンは、変換器の振動板とバックプレート間にバイアス電圧を印加するための電圧源を備える。バイアス電圧を調整することで、変換器の感度を調整することができる。電圧源には、チャージポンプなどの電圧発生器が含まれる。

音声（すなわち、圧力波）が入力されると、振動板が撓み、振動板とバックプレートの間の距離が変化する。その結果、変換器の静電容量が変化する。マイクロホンに過大な音圧が印加されると、振動板とバックプレート間の電界により振動板が大きく撓んでバックプレートに接触し、固着する（振動板の破壊）ことがある。

本発明に係るマイクロホンは、２つの動作モード、すなわち、通常モードと破壊モードを有する。本発明に係るマイクロホンは、モード制御部を備える。モード制御部は、変換器の出力信号を連続的に監視し、変換器の出力信号が所定の第１閾値以上となった場合に、動作モードを破壊モードに切り替える。また、モード制御部は、変換器の出力信号が所定の第２閾値以下となった場合に、動作モードを通常モードに切り替える。なお、変換器により生成された出力信号は、閾値と比較される前に増幅等の処理がなされてもよい。

モード制御部は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の電子回路の一部である。マイクロホンは、例えば、変換器を備えたＭＥＭＳダイと、ＭＥＭＳダイに電気的に接続された電子回路を備えたＡＳＩＣダイとを有する。

変換器の出力信号が第１閾値以上である場合、振動板の破壊が発生しているか、または発生しやすい状態にある。この場合、モード制御部は、電子回路内の各処理要素を破壊モードに切り替えるように構成される。動作モードが破壊モードに切り替わる際、内部フラグが設定される。モード制御部は、例えば変換器の出力信号の処理を破壊モードに切り替えることができる。また、破壊モードに切り替えることで、例えば、増幅器の利得や変換器に印加されるバイアス電圧を調整してもよい。

変換器の出力信号が第２閾値以下となった場合、過大な音圧の印加が終了したことを示す。この場合、モード制御部は、電子回路内の各処理要素を通常モードに切り替えるように構成される。

本発明の一実施形態に係るマイクロホンは、破壊モードに切り替わる際に、バイアス電圧を低下させるように構成される。すなわち、破壊モードでは、通常モード時に印加されるバイアス電圧（通常電圧）よりも低い電圧が印加される。これにより、振動板とバックプレートを分離し、振動板の破壊を解消することができる。また、振動板の破壊が生じていない場合でも、バイアス電圧を低減することでこれを未然に防止することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロホンは、破壊モードに切り替わる際にバイアス電圧を維持するように構成される。すなわち、本実施形態では破壊モードにおいても通常電圧が印加されるため、振動板の破壊が維持される。

本発明の一実施形態に係るマイクロホンは、破壊モードから通常モードに切り替わる際に、バイアス電圧が一旦低減された後、増加されるように構成される。すなわち、バイアス電圧は、振動板をバックプレートから分離するために通常電圧よりも低く設定された後、再度通常電圧に設定される。これにより、破壊モードにおいて通常電圧を維持しながら振動板の破壊を解消することができる。なお、本実施形態は、破壊モード時のバイアス電圧を通常電圧より低い値に設定する（すなわち、バイアス電圧を通常電圧に戻さない）場合にも適用可能である。これにより、振動板の破壊をより確実に解消することができる。

本発明に係るマイクロホンは、変換器の出力信号を監視し、出力信号が第２閾値以下となった場合に通常モードに切り替わるように構成されるため、過大な音圧の印加が終了する前にマイクロホンが通常モードに切り替わることを防止することができる。そのため、振動板の破壊を確実に解消することができる。

本発明に係るマイクロホンは、出力信号が少なくとも所定時間第２閾値以下となった場合に破壊モードから通常モードに切り替わるように構成される。上記所定時間は、少なくとも２００ｍｓ以上、好ましくは４００ｍｓ以上である。

破壊モード時のマイクロホン（変換器）の感度は、通常モード時よりも低い。この感度の低下は、破壊モード中のバイアス電圧の低下に起因する。また、破壊モード時にバイアス電圧が低減されず、振動板の破壊が生じた場合にも、変換器の感度は低下する。変換器の感度は、例えば５ｄＢ〜２５ｄＢ、好ましくは１０ｄＢ〜２０ｄＢ低減される。変換器の感度が低下することで、過大な音圧が印加されている間、マイクロホンの出力信号レベルを低下させることができる。すなわち、過大な音圧が印加されている間、スピーカからの音声出力を低下させることができる。

出力信号の第１閾値は、第２閾値よりも大きい。２つの閾値の差は、変換器の感度差を表す。２つの閾値の差は、例えば５ｄＢ〜２５ｄＢ、好ましくは１０ｄＢ〜２０ｄＢである。第１閾値は、例えば１２０〜１４０ｄＢＳＰＬの範囲である。第２閾値は、例えば１００〜１３０ｄＢＳＰＬの範囲である。

本発明の一実施形態に係るマイクロホンは、増幅器と、増幅器の利得を調整するための利得制御部とを有する。本発明に係るマイクロホンは、１つまたは複数の増幅器を有することで、変換器の感度を調整することができる。本発明に係るマイクロホンは、特に破壊モードにおいて増幅器の利得を調整できるように構成される。

このような構成は、破壊モード時の変換器の感度低下が好ましくない場合に有用である。すなわち、利得制御部を介して増幅器の利得を調整することで、破壊モード時の変換器の感度低下を完全にまたは部分的に補償することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロホンは、デジタル出力を行うためのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器を有する。変換器により生成された信号は、増幅器によって処理された後、Ａ／Ｄ変換器に供給される。増幅器の利得は、利得制御部により調整される。本発明に係るマイクロホンはさらに、デジタル変換器を有する。デジタル変換器の利得も、利得制御部により調整される。すなわち、利得制御部は、デジタル変換器と増幅器の利得を調整可能に構成される。これにより、破壊モード時の変換器の感度低下を補償することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロホンは、変換器により生成された信号を処理するための前置増幅器および増幅器を有する。前置増幅器および／または増幅器の利得を利得制御部により調整することで、破壊モード時の変換器の感度低下を補償することができる。

本発明の別の態様は、マイクロホン、特に上述のマイクロホンの動作方法に関する。上述のマイクロホンに関して開示された構成は、明示的な記載がない場合でも、本動作方法に関して開示された構成に適用可能である。その逆も同様である。

本発明に係る方法において、マイクロホンは、はじめに通常モードで動作される。このとき、変換器にはバイアス電圧として通常電圧が印加される。変換器の出力信号が第１閾値以上になると、マイクロホンは破壊モードに切り替わる。破壊モードに切り替わる際、バイアス電圧が低下または維持される。変換器の出力信号が第２閾値以下になると、マイクロホンは通常モードに切り替わる。

本発明のさらなる構成、改良および利点は、以下の実施例の記載により明らかとなる。
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るマイクロホンの動作の流れ図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るバイアス電圧を時間の関数として表した概略図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るバイアス電圧を時間の関数として表した概略図である。 図５は、シングルエンド変換器および感度補償部を備える本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。 図６は、差動変換器および感度補償部を備える本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。 図７は、シングルエンド変換器および感度補償部を備える本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。 図８は、差動変換器および感度補償部を備える本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。 図９は、シングルエンド変換器および感度補償部を備える本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。 図１０は、シングルエンド変換器および感度補償部を備える本発明の一実施形態に係るマイクロホンの概略図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、図面において同一の参照番号が付された構成要素は、同一の構成要素、同種の構成要素あるいは同一の機能を有する構成要素である。

図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロホン１の概略図を示す。マイクロホン１は、コンデンサマイクロホンである。マイクロホン１は、音声入力信号を電気信号に変換するための変換器２を有する。変換器２は、例えばシリコン、ガリウムヒ素などの半導体材料を含むＭＥＭＳ変換器として構成される。変換器２は、振動板および１つまたは複数のバックプレートを備え、振動板とバックプレート間の距離は、例えば１〜１０μｍの範囲に設定される。変換器２は、例えば差動変換器またはシングルエンド変換器として構成される。音声信号が入力されると、振動板がバックプレート方向に撓み、変換器２の静電容量が変化する。その結果、マイクロホン１の電子回路４の入力３に電気信号が発生する。

電子回路４は、バイアスライン７を通じて変換器２にバイアス電圧、特に直流バイアス電圧を印加するための電圧源６を備える。電圧源６は、例えばディクソン（Dickson）チャージポンプなどのチャージポンプを含む。バイアス電圧は、例えば８〜１５Ｖの範囲に設定される。

電子回路４は、変換器２により生成された電気信号を処理するための要素を備える。例えば、電子回路４は増幅器９を備える。増幅器９は、変換器２からの信号レベルを調整し、および／または、高インピーダンス信号を低インピーダンス信号に変換する。マイクロホン１はさらに、アナログまたはデジタル出力５を有する。

電子回路４は、マイクロホン１の動作モードを設定するためのモード制御部８を備える。モード制御部８は、変換器２により生成された出力電気信号を監視する。モード制御部８は、信号レベルに応じて、マイクロホン１、特に電圧源６の動作モードを通常モードと破壊モードの間で切り替える。電圧源６の動作モードが切り替わる際にモード制御部８の内部フラグが設定され、モード制御部８の動作モードが切り替わる。通常モード時、変換器２には電圧源６により通常電圧Ｖ_０が印加される。変換器２の出力信号レベルが第１閾値以上になると、電圧源６が破壊モードに切り替わる。電子回路４は、図１には示されていない他の処理要素を備えていてもよい。例えば、モード制御部８により生成された信号は、電圧源６に送信される前に他の処理要素によってさらに処理されてもよい。

電気信号が第１閾値以上である場合、変換器２の破壊が発生しているか、または発生しやすい状態にある。変換器２が破壊しているとき、変換器２の振動板はバックプレートに接触している。マイクロホン１は、例えば１４５ｄＢの音圧が印加されることで破壊される。これにより、変換器の静電容量は大きく変化する。振動板とバックプレート間の電界により振動板がバックプレートに固着され、バイアス電圧が低下するまで変換器２の破壊が維持される。

マイクロホン１の動作の詳細は、図２に示される。

図２は、本発明の一実施形態に係るマイクロホンの動作、特に動作モードの設定の流れ図を示す。

はじめに、マイクロホン１は、通常モードＭ_０で動作される。マイクロホン１には、電圧源６により通常電圧Ｖ_０が印加される。音声入力１０がなされると、変換器２により電気信号が生成され、モード制御部８に送信される。変換器２の電気信号は、モード制御部８に供給される前にさらに処理される（例えば、図１に示すように、増幅器９により増幅される）。モード制御部８では、変換器２の電気信号が現在の動作モードＭに応じて処理される（図中のクエリ「Ｍ＝Ｍ_０？」に対応）。マイクロホン１が通常モードＭ_０で動作している場合（図中の

）、モード制御部８は、入力信号Ｓの値を第１閾値Ｓ_０と比較する（図中のクエリ

に対応）。第１閾値Ｓ_０は、例えば１３０ｄＢＳＰＬである。信号レベルＳが第１閾値Ｓ_０を下回る（すなわち、Ｓ<Ｓ_０）場合（図中の「×」）、通常モードＭ_０が維持される（図中の「Ｍ＝Ｍ_０」に対応）。

信号レベルＳが第１閾値Ｓ_０以上（すなわち、

）になると（図中の

）、マイクロホン１は破壊モードＭ_１に切り替わる（図中の「Ｍ＝Ｍ_１」に対応）。すなわち、モード制御部８により破壊モードＭ_１を指示する信号が生成され、電子回路内の各処理要素（例えば、電圧源６）の動作モードが変更される。

その後、モード制御ルーチンが再開される。変換器２により生成された電気信号は、モード制御部８によって分析される。マイクロホン１が破壊モードである（すなわち、Ｍ≠Ｍ_０）場合（図中の「×」）、モード制御部８は、信号レベルＳを第２閾値Ｓ_１と比較し、破壊モードＭ_１を維持するか、または、通常モードＭ_０に切り替えるかを判定する。

第２閾値Ｓ_１は、第１閾値Ｓ_０よりも小さい。振動板の破壊時には、変換器２の感度が約１５〜２０ｄＢ低下する。したがって、変換器２により生成される電気信号レベルは、非破壊時よりも低くなる。第２閾値Ｓ_１は、第１閾値Ｓ_０よりも約１０〜２０ｄＢ低く設定される。第２閾値Ｓ_１は、例えば１１０ｄＢＳＰＬに設定される。

信号レベルＳが第２閾値Ｓ_１以上（すなわち、

）である場合（図中の

）、破壊モードＭ_１が維持される（図中の「Ｍ＝Ｍ_１」に対応）。信号レベルＳが第２閾値Ｓ_１を下回る（すなわち、Ｓ<Ｓ_１）と（図中の「×」）、マイクロホン１は通常モードＭ_０に切り替わる（図中の「Ｍ＝Ｍ_０」に対応）。

上述の実施形態では、信号レベルが第１閾値Ｓ_０以上となった場合、および、信号レベルが第２閾値Ｓ_１以下となった場合に動作モードが切り替わる。

本発明の一実施形態では、信号レベルが所定時間第２閾値Ｓ_１を下回った場合に、マイクロホン１が通常モードＭ_０に切り替わる。例えば、信号レベルが５００ｍｓ以上の間第２閾値Ｓ_１以下となった場合に、マイクロホン１が通常モードに切り替わる。したがって、大きな音圧が高い頻度で印加される場合、マイクロホン１の破壊モードが維持される。そのため、大きな音圧が継続して印加される場合にスピーカの音声出力が過大となることを防止することができる。

図３は、第１実施形態に係るマイクロホン１の破壊時のバイアス電圧Ｖを時間Ｔの関数として表した概略図である。

はじめに、マイクロホン１は通常モードＭ_０で動作される。マイクロホン１には、電圧源６により通常電圧Ｖ_０が印加される。信号レベルＳは、第１閾値Ｓ_０よりも低い。時間Ｔ_０において、モード制御部８により信号レベルＳが第１閾値Ｓ_０以上であることが検知され、マイクロホン１が破壊モードＭ_１に切り替わる。

本実施形態では、破壊モードにおいてもバイアス電圧Ｖ_０が印加され、振動板の破壊が維持される。したがって、振動板の撓みが制限され、変換器２の電気信号レベルは非破壊時に比べ１０〜２０ｄＢ低くなる。

モード制御部８は、信号レベルを連続的に監視する。信号レベルが第２閾値Ｓ_１以上である間、破壊モードＭ_１が維持される。

時間Ｔ_１では、信号レベルが第２閾値Ｓ_１を下回り、マイクロホン１が通常モードＭ_０に切り替わる。その際、バイアス電圧は振動板とバックプレートが分離する電圧（振動板分離電圧）よりも低い電圧Ｖ_１まで低減される。バイアス電圧Ｖ_１は、例えば１００ｍｓ間維持される。時間Ｔ_２において、バイアス電圧は再度通常電圧Ｖ_０に設定される。

図２に関連して説明したように、マイクロホン１は、出力信号レベルが少なくとも所定時間第２閾値Ｓ_１を下回った場合に破壊モードから通常モードに切り替わるように構成される。例えば、信号レベルが第２閾値Ｓ_１を下回り、その後第１閾値Ｓ_０以上となった場合、マイクロホン１の動作モードは破壊モード、バイアス電圧は通常電圧Ｖ_０となる。

電気信号を連続的に監視することで、マイクロホン１の動作モードを音圧レベルの関数として設定することができる。マイクロホン１が破壊モードである場合、信号レベルが第２閾値Ｓ_１以上、すなわち、大きな音圧が継続的にまたは高い頻度で印加されていることを示す。マイクロホン１は、大音圧の印加が終了すると通常モードに切り替わる。その際、バイアス電圧が振動板分離電圧以下に設定され、振動板がバックプレートから分離される。したがって、大きな音圧が継続的にまたは高い頻度で印加される場合にマイクロホン１の破壊が継続することを防止することができる。

破壊モード時にマイクロホン１の感度が低下することで、大きな音圧が印加されている間、マイクロホン１の出力信号レベルを低く一定に保つことができる。本実施形態では、破壊モード時にも通常電圧Ｖ_０が印加されるため、振動板の破壊が維持される。したがって、大きな音圧が印加されている間、マイクロホン１の出力信号レベルを低減し、スピーカからの音声出力を低下させることができる。

図４は、第２実施形態に係るマイクロホン１の破壊時のバイアス電圧Ｖを時間Ｔの関数として表した概略図である。

はじめに、マイクロホン１は通常モードＭ_０で動作される。マイクロホン１には、電圧源６により通常電圧Ｖ_０が印加される。時間Ｔ_０において、モード制御部８により信号レベルＳが第１閾値Ｓ_０以上であることが検知され、マイクロホン１が破壊モードＭ_１に切り替わる。本実施形態では、破壊モードに切り替わる際バイアス電圧がＶ_２に低下する。バイアス電圧Ｖ_２の値は、振動板分離電圧よりも小さく、図３に示すＶ_１よりも大きい。また、Ｖ_２の値は、通常電圧Ｖ_０よりも小さい。Ｖ_２の値は、例えば１〜４Ｖの範囲である。Ｖ_０の値は、例えば８〜１５Ｖの範囲である。バイアス電圧をより低く設定することで、通常電圧の場合と比較して出力信号を１０〜２０ｄＢ低減することができる。

破壊モードでは、大音圧が印加されている間、振動板がバックプレートに押し付けられる。バイアス電圧Ｖ_２は振動板分離電圧よりも低いため、大音圧の印加が終了すると、振動板はバックプレートから分離される。また、大音圧の印加がさらに継続する場合でも、出力信号は許容可能なレベルに維持される。

モード制御部は、信号レベルを連続的に監視する。信号レベルが第２閾値Ｓ_１以上である間、破壊モードＭ_１が維持される。

時間Ｔ_１では、信号レベルが第２閾値Ｓ_１を下回り、マイクロホン１が通常モードＭ_０に切り替わる。このとき、バイアス電圧は通常電圧Ｖ_０に設定される。

本実施形態においても、大きな音圧が印加されている間、マイクロホン１の出力信号は低く一定に保たれる。したがって、過大な音圧が継続的にまたは高い頻度で印加された場合でも、適度な音声出力を得ることができる。

大音圧の印加が終了すると、マイクロホン１は通常モードＭ_０に切り替わる。本実施形態においても、信号レベルが所定時間第２閾値Ｓ_１を下回った場合に、破壊モードから通常モードＭ_０に切り替わる。そのため、通常モードに切り替わった後も振動板の破壊が継続することを回避することができる。

いくつかの用途では、大音圧の印加中においてマイクロホンの感度を低下させることが好ましくない場合がある。そのような場合、以下で述べる感度補償を行うことが考えられる。

図５は、本発明の第１実施形態に係るマイクロホン１に感度補償部を付加した概略図を示す。

電子回路４は、破壊モード時のマイクロホン１の感度低下を補償するための利得制御部１１を備える。マイクロホン１の感度低下は、図４に関連して説明したように、破壊モード時のバイアス電圧の低下により生じる。また、図３に関連して説明したように、破壊モード時にバイアス電圧が低減されない場合でも、振動板の破壊によってマイクロホン１の感度は低下する。

マイクロホン１は、シングルエンド変換器１２を有する。シングルエンド変換器１２は、１つのバックプレートが配置されたコンデンサを備える。シングルエンド変換器１２の出力信号は、コンデンサの静電容量の変化することで生成される。図１および図２に関連して説明したように、シングルエンド変換器１２により生成された出力信号は、増幅器９によって処理され、モード制御部８に供給される。モード制御部８は、利得制御部１１にマイクロホン１の現在の動作モードを示す信号を送信する。

利得制御部１１は、現在の動作モードに応じ、増幅器９の利得を調整する。すなわち、利得制御部１１により、バイアス電圧の低下によるマイクロホン１の感度低下が補償されるように増幅器９の利得が調整される。

また、利得制御部１１は、電圧源６により印加されるバイアス電圧を調整する。モード制御部８により破壊モードへの切り替えを指示する信号が生成されると、利得制御部１１はバイアス電圧をΔＶ低下させる。

モード制御部８により通常モードへの切り替えを指示する信号が生成されると、利得制御部１１はバイアス電圧をΔＶ増加させる（すなわち、バイアス電圧をＶ_０に設定する）とともに、マイクロホン１の感度が最初の通常モード時と同等になるように増幅器９の利得を調整する。

図５に示すマイクロホン１は、アナログ出力マイクロホンである。アナログ出力マイクロホンにおいては、アナログ出力の電圧範囲が制限されるため、感度を完全に補償することは困難である。そこで、マイクロホン１として、例えば図７に示すデジタル出力マイクロホンを用いることが考えられる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るマイクロホン１に感度補償部を付加した概略図を示す。

本実施形態に係るマイクロホン１は、２つのバックプレートの間に振動板が配置された差動変換器１３を有する。すなわち、差動変換器１３は、振動板と第１バックプレートからなる第１コンデンサと、振動板と第２バックプレートからなる第２コンデンサとを備える。変換器１３の第１の信号は、第１コンデンサの静電容量の変化を表し、第２の信号は、第２コンデンサの静電容量の変化を表す。第１の信号は、第１増幅器１４により処理され、第２の信号は、第２増幅器１５によって処理される。第１増幅器１４および第２増幅器１５は、いずれも可変増幅器である。

モード制御部８は、第１および第２増幅器１４、１５から供給された第１および第２の信号を受信し、現在の動作モードを示す信号を生成して利得制御部１１に送信する。図５に関連して説明したように、利得制御部１１は、第１および第２増幅器１４、１５の利得および電圧源６により印加されるバイアス電圧を調整する。

図６に示すマイクロホン１は、例えばアナログ出力マイクロホンである。また、マイクロホン１は、例えば図８に示すデジタル出力マイクロホンであってもよい。

図７は、図５に示すマイクロホン１にデジタル出力５を付加した概略図を示す。

増幅器９から供給されたアナログ出力信号は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６に送られ、デジタル出力信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１６は、例えばシグマ−デルタＡ／Ｄ変調器として構成される。

デジタル出力信号は、利得調整が可能なデジタル変換器１７に供給される。デジタル変換器１７は、マルチビットデジタル信号をシングルビットデジタル信号に変換するように構成されている。

通常モードにおいて、増幅器９およびデジタル変換器１７の利得は、利得制御部１１により、その積が一定になるように調整される。例えば、アナログ変換器１６の出力信号レベルが一定値を超えると、Ａ／Ｄ変換器１６のオーバーフローを回避するために、利得制御部１１により増幅器９の利得が低減される。同時に、利得制御部１１は、全体利得が一定になるようにデジタル変換器１７の利得を増加させる。すなわち、アナログ領域における増幅器の利得の変化がデジタル領域の利得の変化によって補償される。

破壊モードにおいても、増幅器９およびデジタル変換器１７の利得は、利得制御部１１により、その積が一定になるように調整される。これにより、バイアス電圧の低下に起因する感度低下を補償することができる。

図８は、図６に示すマイクロホン１にデジタル出力５を付加した概略図を示す。

図７に関連して説明した構造的および機能的特性を備えるＡ／Ｄ変換器１６およびデジタル変換器１７を有する。

図９は、図５に示す実施形態と類似の実施形態に係るマイクロホン１の概略図を示す。

本実施形態に係るマイクロホン１は、利得調整可能な前置増幅器１８と増幅器１９とを有する。シングルエンド変換器１２により生成された出力信号が、可変前置増幅器１８に供給される。本実施形態においても、図５に関連して説明した利得調整が行われる。前置増幅器１８により処理された出力信号は、さらに増幅器１９によって処理され、マイクロホン１の出力５に供給される。

図１０は、図９に示す実施形態と類似の実施形態に係るマイクロホン１の概略図を示す。

本実施形態では、シングルエンド変換器１２により生成された出力信号が、非可変前置増幅器２０に供給され、可変前置増幅器２０により処理された後、さらに利得調整可能な増幅器２１によって処理される。本実施形態においても、図５に関連して説明した利得調整が行われる。

１：マイクロホン
２：変換器
３：入力
４：電子回路
５：出力
６：電圧源
７：バイアスライン
８：モード制御部
９：増幅器
１０：音声入力
１１：利得制御部
１２：シングルエンド変換器
１３：差動変換器
１４：第１増幅器
１５：第２増幅器
１６：アナログ−デジタル変換器
１７：デジタル変換器
１８：可変前置増幅器
１９：増幅器
２０：前置増幅器
２１：可変増幅器
Ｍ：マイクロホンの動作モード
Ｍ_０：通常モード
Ｍ_１：破壊モード
Ｓ：変換器の出力信号
Ｓ_０：第１閾値
Ｓ_１：第２閾値
Ｔ：時間
Ｖ_０：通常電圧

Claims (15)

1. 変換器（２）と、通常モード（Ｍ_０）と破壊モード（Ｍ_１）とを切り替えるためのモード制御部（８）とを有し、
   前記モード制御部（８）は、前記変換器（２）の出力信号（Ｓ）が第１閾値（Ｓ_０）以上となった場合に、前記破壊モード（Ｍ_１）への切り替えを行い、前記出力信号（Ｓ）が第２閾値（Ｓ_１）以下となった場合に、前記通常モード（Ｍ_０）への切り替えを行うように構成されていることを特徴とするマイクロホン（１）。
2. 前記変換器（２）にバイアス電圧を印加するための電圧源（６）をさらに有し、
   前記マイクロホン（１）が前記破壊モード（Ｍ_１）に切り替わる際に、前記バイアス電圧が低減されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン（１）。
3. 前記変換器（２）にバイアス電圧を印加するための電圧源（６）をさらに有し、
   前記マイクロホン（１）が前記破壊モード（Ｍ_１）に切り替わる際に、前記バイアス電圧が維持されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン（１）。
4. 前記マイクロホン（１）が前記破壊モード（Ｍ_１）から前記通常モード（Ｍ_０）に切り替わる際に、前記バイアス電圧が一旦低減された後、増加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
5. 前記マイクロホン（１）は、前記出力信号（Ｓ）が少なくとも所定時間前記第２閾値（Ｓ_１）以下となった場合に、前記破壊モード（Ｍ_１）から前記通常モード（Ｍ_０）に切り替わるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
6. 前記所定時間は、４００ｍｓ以上であることを特徴とする請求項５に記載のマイクロホン（１）。
7. 前記第１閾値（Ｓ_０）は、前記第２閾値（Ｓ_１）よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
8. 前記第１閾値（Ｓ_０）は、１２０〜１４０ｄＢＳＰＬの範囲内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
9. 前記第２閾値（Ｓ_１）は、１００〜１３０ｄＢＳＰＬの範囲内であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
10. 前記破壊モード（Ｍ_１）時の前記マイクロホン（１）の感度は、前記通常モード（Ｍ_０）時よりも低いことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
11. 増幅器（９、１４、１５、１９、２１）と、前記増幅器（９、１４、１５、１９、２１）の利得を調整するための利得制御部（１１）とを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
12. 前記増幅器（９、１４、１５、１９、２１）により、前記破壊モード（Ｍ_１）時の前記変換器（２）の感度の低下が補償されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロホン（１）。
13. デジタル変換器（１７）をさらに有し、
    前記利得制御部（１１）は、前記デジタル変換器（１７）の利得を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載のマイクロホン（１）。
14. 前置増幅器（１８、２０）をさらに有し、
    前記利得制御部（１１）は、前記前置増幅器（１８、２０）と前記増幅器（１９、２１）の少なくとも一方の利得を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のマイクロホン（１）。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロホン（１）の動作方法であって、
    前記マイクロホン（１）が前記通常モード（Ｍ_０）で動作され、
    前記変換器（２）の出力信号（Ｓ）が前記第１閾値（Ｓ_０）以上となった場合に、前記破壊モード（Ｍ_１）に切り替わり、
    前記出力信号（Ｓ）が前記第２閾値（Ｓ_１）以下となった場合に、前記通常モード（Ｍ_０）に切り替わることを特徴とする方法。

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