JP2607858Y2

JP2607858Y2 - 静電容量形音響トランスデューサを試験するためのシステム

Info

Publication number: JP2607858Y2
Application number: JP2000007588U
Authority: JP
Inventors: フレデリクセン，エルリング
Original assignee: アクティーゼルスカブ・ブリューエル・オグ・クヤー
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2007-05-29
Also published as: JPH06508685A; DK0589974T3; EP0589974A1; US5400297A; DE589974T1; JP2001000019U; AU1978092A; DK105091D0; WO1992021982A1; DK167636B1; EP0589974B1; DE69226186T2; DE69226186D1; DK105091A

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】本考案は、好ましくは音響ト
ランスデューサである１つないし複数の静電容量形トラ
ンスデューサを集中制御装置から試験する試験システム
であって、前記トランスデューサを比較的高い入力抵抗
を有する前置増幅器の入力部に個々に接続し、前記集中
制御装置から前記トランスデューサへ更に試験用導体
（test conduit）を接続し、前記試験用導体と該試験用
導体に介在させたキャパシタとを介して前記トランスデ
ューサと前記前置増幅器の前記入力部との間の接続点へ
伝送する試験用信号によって前記トランスデューサの各
々の試験を行なうようにした、試験システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】前置増幅器と接続配線とを備えた測定用
の静電容量形マイクロホンであって、そのマイクロホン
の各々を比較的高い入力抵抗を有する前置増幅器の入力
部に接続した、１つないし複数のマイクロホンを試験す
ることが公知となっている。それらマイクロホンは、試
験を任意自動的に実行する１つの集中制御装置から離れ
た夫々の位置に配置してあっても良い。集中制御装置か
らは、各々のマイクロホンへ、個々の試験用導体を介し
て試験用信号を伝送するようにしている。この公知の方
法では、試験用導体はマイクロホンのシャシ端子に接続
されている。試験用信号はマイクロホンの静電容量を介
して伝達される。最近の前置増幅器は、この試験用信号
に対する応答出力が、マイクロホンの容量に殆ど無関係
となるようにしてあるため、マイクロホンの容量が非常
に大きな値になっていたり、場合によってはその容量が
短絡していたりしても、そのマイクロホンの容量の変化
を検出することができない。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】より以前からあった、
比較的大きな入力容量を有する前置増幅器は、トランス
デューサの容量の変化に対する感度を僅かながら持って
いた。しかしながらその感度は非常に小さく、概してそ
の感度の大きさは、本考案に係る方法によって実現可能
な感度よりも小さかった。更に加えて、特に大規模な測
定システムに関連して、外部の電磁界が技術上の問題と
なっていた。即ち、公知の集中制御装置を用いて構成し
た測定システムでは、マイクロホンのシャシ端子と前置
増幅器のシャシ端子とが分離していたため、外部の電磁
界の影響を受け易いという問題があった。

【０００４】米国特許第４６４８０７８号に開示されて
いる複数の音響トランスデューサを試験するためのシス
テムでは、試験用信号をシールド・ケーブルのシールド
と内部導線との間の容量を介して、個々のトランスデュ
ーサと増幅器との間の接続点へ伝達するようにしてい
る。しかしながらこのシステムが明らかにすることがで
きるのは、その増幅器と、集中制御装置へ接続している
ケーブルとが正常であるか否かということだけである。
このシステムは、トランスデューサの容量が変化したか
否かを示すことはできない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本考案の目的は、前述の
タイプのシステムであって、各々のトランスデューサの
状態に対する感度が高く、しかも、それにもかかわら
ず、外部の電磁界の影響を比較的受け受けにくいシステ
ムを提供することにある。

【０００６】本考案に係る方法は、前述のタイプのシス
テムにおいて、前記試験用導体に、非常に高い等価並列
抵抗（漏れ抵抗）を有する比較的小さな容量を介在させ
ることと、該試験用導体を介して測定した周波数特性
を、以前に測定しておいた特性と比較することによっ
て、前記トランスデューサに誤差が存在している場合に
その誤差を明らかにするようにしたこととを特徴とす
る。そのキャパシタが非常に高い等価並列抵抗（漏れ抵
抗）を有するものであるため、動作周波数範囲内の最低
周波数においても試験を実行して周波数特性を求めるこ
とができ、それによって、トランスデューサに誤差が存
在している場合にその誤差を示すことができる。

【０００７】更に本考案においては、前記試験用導体に
介在させる前記キャパシタの前記等価並列抵抗（漏れ抵
抗）の抵抗値を、例えば約１０⁷ＭΩにすることができ
る。前記試験用導体に介在させる前記キャパシタは、例
えば、一方の側面にハンダ付け層を設け、他方の側面に
導電経路を設けた基板によって得ることができる。この
ようにして得たキャパシタは、極めて高い等価並列抵抗
（漏れ抵抗）を有する。そのため、動作周波数範囲内の
最低周波数においても試験を実行することができる。

【０００８】本考案は更に、好ましくは静電容量形トラ
ンスデューサである１つないし複数のトランスデューサ
を集中制御装置から試験する試験方法であって、前記ト
ランスデューサを比較的高い入力抵抗を有する前置増幅
器の入力部に個々に接続し、前記集中制御装置から引き
出した試験用導体を前記トランスデューサの各々に接続
した、トランスデューサの試験方法を実行するためのシ
ステムに関するものでもある。このシステムは、前記試
験用導体を、非常に高い等価並列抵抗（漏れ抵抗）を有
する比較的小さなキャパシタを介して、前記トランスデ
ューサと前記前置増幅器の前記入力部との間の接続点へ
接続したことを特徴としており、こうすることによっ
て、トランスデューサを制御するための特に有利なシス
テムが得られている。

【０００９】更に加えて、本考案においては、前記試験
用導体を前記集中制御装置内の切換スイッチに結合して
おき、該切換スイッチを、シャシと試験用ＡＣ電圧との
一方に接続するようにしても良い。

【００１０】更に、本考案においては、前記試験用導体
に介在させる前記キャパシタを、ケーシングに取付けて
該ケーシングのその他の部分から電気的に絶縁した調節
自在なネジによって得るようにすることもできる。

【００１１】最後に、本考案においては、前記試験用導
体に介在させる前記キャパシタを、前記ケーシングと前
記前置増幅器との間の独立したユニットとして形成した
アダプタに取付けた調節自在なネジによって得るように
することもできる。このように構成したユニットは、必
要な給電線とセットにして、別売りのユニットとして流
通させることができる。

【００１２】以下、本考案について、添付図面を参照し
つつ更に詳細に説明して行く。

【００１３】

【考案の実施の形態】本考案は、複数のマイクロホン等
のトランスデューサを、１つの集中制御装置から遠く離
れた夫々の位置に配置してある場合でも、それらトラン
スデューサの試験を行なうことのできる、トランスデュ
ーサの試験システムに関するものである。例えば、空港
において、航空機の騒音を連続して測定及び記録するこ
とが必要になることがある。それが必要となるのは、騒
音が非常に大きい航空機に対し、ペナルティとして、離
着陸の許可回数の削減という処分をしたり、罰金を科し
たりするためである。この場合には、その騒音を記録す
るために、多数のマイクロホン・ユニットを備えた総合
的な測定システムを使用する必要がある。また、この種
の測定システムにおいて全てのマイクロホンに、確実に
正常に機能させるためには、それらマイクロホンの試験
を定期的に行なう必要がある。許容騒音限度を超えた大
きな騒音は重大な結果をもたらすこともあるため、この
種の測定システムの精度に関する信頼性は極めて重要で
ある。

【００１４】図１は、コンデンサマイクロホン（静電容
量形マイクロホン）２と前置増幅器４とから成る公知の
マイクロホン・ユニットを示した図である。キャパシタ
５は前置増幅器４の入力容量と給電線のキャパシタとの
和を表わしている。入力抵抗６は前置増幅器４の入力抵
抗を表わしたものである。キャパシタ５の典型的な値は
例えば０．２ｐＦであり、抵抗６の典型的な値は例えば
５×１０¹⁰Ωである。マイクロホン２の容量の値は約２
０ｐＦである。マイクロホン２の一方の入力端子には試
験用導体８が接続されており、この接続によって、例え
ば１００ｍＶの試験用信号を、ある１つの周波数で、或
いは幾つかの離散した周波数で、試験用導体８と集中制
御装置の中の切換スイッチ１とを経由させて伝送できる
ようにしている。

【００１５】図２は、図１のものの等価回路図であり、
切換スイッチ１が図１に示した切換位置にあるときの等
価回路を示している。この図２から分かるように、コン
デンサマイクロホン２が短絡した（Ｃm ＝∞）場合で
も、本考案に係るシステムとは異なり、前置増幅器４の
出力信号Ｖout は非常に僅かに変化するだけである。こ
れに対して、本考案に係るシステムは、非常に感度が高
く、たとえ１％程度の小さな変化であっても検出するこ
とができる。そのような小さな変化が生じることがある
のは、例えば、マイクロホンの構成素子どうしの相対位
置がずれてしまった場合や、マイクロホンの振動膜の張
力が衰えて、振動膜と背極との間に印加される偏極電圧
によって、振動膜が背極へ引き寄せられるようになって
しまった場合である。図示の公知のシステムでは、マイ
クロホンが短絡する（Ｃm ＝∞）ことによって生じる変
化は非常に小さいため、殆ど測定することができない。
これは次の式で示される。

【００１６】

【数１】Ｖout ／Ｖin＝［Ｃm ／（Ｃm ＋Ｃi ）］Ａこの式において、Ｃm は、マイクロホンの容量、Ｃi
は、前置増幅器の入力容量、そして、Ａは、前置増幅器
の増幅率である。前置増幅器が管球式増幅器である場合
には、その入力容量の典型的な値は例えば３ｐＦであ
り、また、その増幅率の典型的な値は例えば０．９５で
ある。その場合に、マイクロホンとして、容量が２０ｐ
Ｆの、典型的な１／２インチ（約１２．５mm）のマイク
ロホンを使用したものとすれば、電圧比の値は次のよう
になる。

【００１７】

【数２】Ｖout ／Ｖin＝２０／（２０＋３）・０．９５＝０．８３振動膜が破損した場合やマイクロホンの内部に水滴が付
着した場合には、マイクロホンの容量が短絡状態となっ
て相当に大きな測定誤差が発生するおそれがある。その
ような非常に大きな誤差が発生するようになったなら
ば、この電圧比の値が０．８３から０．９５へ変化する
ため、大きな測定誤差が発生しているということを集中
制御装置において検出することができる。しかしなが
ら、このシステムは容量の変化に対する感度が低いた
め、小さな変化は検出することができない。

【００１８】本考案に係るシステムでは、例えば容量の
変化が５％であったならば、出力信号Ｖout の変化も５
％となるような、比例関係が得られる。上述の公知のコ
ンデンサマイクロホンは、ケーシングの部分と、そのマ
イクロホンのその他の部分（前置増幅器４を含む）との
間を絶縁しておく必要があり、なぜならば、試験用信号
の伝送時にはそれら２つの部分が互いに絶縁されていな
ければならないからである。また、集中制御装置内の切
換スイッチ１によって、コンデンサマイクロホン２を約
１００ｍＶの試験用電圧とシャシとのいずれか一方へ接
続するようにしている。シャシへの接続が集中制御装置
内の切換スイッチ１を介して行なわれるということは、
比較的長い導電経路を介してその接続がなされるという
ことに他ならず、それによって、関係のない信号を拾っ
てしまうおそれがある。

【００１９】試験用導体８’には、比較的小さなキャパ
シタ１０が介在しており、このキャパシタ１０は、コン
デンサマイクロホン２と前置増幅器４の入力部との間の
接続点に結合している。キャパシタ１０の大きさは約
０．１ｐＦであり、これは容量５の大きさに等しい。そ
のため、コンデンサマイクロホン２が短絡したときには
前置増幅器４の出力信号Ｖout に非常に大きな変化が発
生し、従って約１％程度の小さな容量変化でも検出する
ことができる。ただし、キャパシタ１０の並列抵抗（漏
れ抵抗）の値を１０⁷ＭΩとして、その漏れ電流が、キ
ャパシタ１０の容量電流の約１００分の１の大きさにな
るようにしておく必要があり、なぜならば、そうしてお
かないと、動作周波数範囲内の低域部分に許容できない
程の大きな周波数非線形性が生じてしまうからである。
それゆえ、典型的なコンデンサマイクロホン・システム
を、例えば、２０Ｈｚの低域側カットオフ周波数で試験
するためには、並列抵抗（漏れ抵抗）の値として、１０
⁷ＭΩという値を用いる必要がある。

【００２０】このように高い漏れ抵抗を伴う小さなキャ
パシタ１０を、本考案では、一方の側面にハンダ付け層
１２を設け、他方の側面に導電経路（不図示）を設けた
基板１４（図５参照）によって得るようにしている。こ
うすることによって、漏れ電流が非常に小さくなる。ま
た、こうすることによって、容量が非常に小さくなる上
に、その小さな容量に対して、レーザ・ビーム等の研削
手段を用いてハンダ付け層１２の一部を削り落とすとい
う方法でトリミングを施すことも可能になる。この基板
を形成するために、例えば、前置増幅器４を搭載してい
る回路板を利用するようにしても良い。

【００２１】以上のようにしてあるため、コンデンサマ
イクロホン２が故障ならば、試験用導体８’へ１０Ｖの
大きさの試験用信号を送出したときに得られる前置増幅
器４の出力信号の大きさが、故障する前と比べて顕著に
変化することになる。この出力電圧は次の式で表わされ
る。

【００２２】

【数３】Ｖout ＝Ｖin・Ｃc ／（Ｃm ＋Ｃi ＋Ｃc ）・Ａ従って、Ｖout ＝Ｑin／（Ｃm ＋Ｃi ＋Ｃc ）・Ａ従って、Ｖout ＝Ｑin／（Ｃm ＋Ｃi ）・Ａなぜならば、Ｃc ≪ Ｃm ＋Ｃi 以上の式において、Ｃc は、それを介して試験用信号を
伝達するところの容量、Ａは、増幅率、そして、Ｑin
は、入力電荷である。ここで、夫々の値が、Ｖin＝１０Ｖ、Ｃc ＝０．１ｐＦ、Ｃm ＝２０ｐＦ、Ｃi ＝０．２ｐＦ、そして、Ａ＝０．９９５、であるものとすれば、その結
果、

【００２３】

【数４】Ｖout ／Ｖin＝｛０．１／（２０＋０．２＋０．１）｝０．９９５＝４．９×１０^-3 が得られ、これは、試験用信号が１０Ｖであれば、Ｖou
t ＝４９ｍＶであることを表わしている。

【００２４】もし、Ｃm が短絡に相当する無限大（∞）
へ変化したならば、Ｖout は略々「０」になる。幾つか
の異なった周波数で試験を行なえば、その周波数特性が
以前に測定しておいた特性に対して変化しているか否か
を知ることができ、それによって誤差の発生原因を推定
することもできる。

【００２５】ただし、上述の漏れ抵抗の値を非常に高い
値としておくことが重要であり、その実用上の値は１０
⁷ＭΩである。また一般的に、上述の容量が充分に安定
している必要があり、即ち、温度変化に対しても、また
経時変化に対しても、それに伴うその容量の大きさの変
化が１％を超えないような安定性が一般的に必要とされ
る。

【００２６】更にその容量の大きさは、一般的に、マイ
クロホンの容量の大きさの１００分の１程度とし、即
ち、０．１ｐＦ以下とする。試験用導体８’に介在させ
るこの比較的小さなキャパシタは、上述の方法とは別の
方法で得ることもでき、それは、マイクロホンのケーシ
ング２０に、或いは、ケーシング２０と前置増幅器との
間のアダプタ１９に、そのケーシングないしアダプタの
その他の部分からは絶縁して取付けた、調節自在なネジ
１６によって得るというものである。この調節自在なネ
ジ１６は、コンデンサマイクロホンと前置増幅器との間
を接続する固定した導線１７に対して、小さな容量を持
つ（図６を参照されたい）。このネジ１６に、試験用導
体８’を接続する。この構成の特に重要な特徴は、その
容量が非常に安定したものとなるということである。そ
の容量の大きさが安定していさえすれば、その容量の正
確な値は必ずしも知っておく必要はない。

【００２７】図７は、ケーシングに収容した前置増幅器
１８と、アダプタ１９と、マイクロホンのケーシング２
０とから成る、マイクロホン・ユニットの全体を示した
図である。

【００２８】もし誤差が発生していれば、入力電圧Ｖin
に対する出力電圧Ｖout の比率の周波数特性に基づいて
その誤差を検出することができ、また、その周波数特性
に基づいて、コンデンサマイクロホン２を交換すべきか
否かを判定することもできる。このようにしてマイクロ
ホン２を交換すべきか否かを判定できるということは、
１つの集中制御装置から遠く離れた夫々の位置に多数の
マイクロホンが配置されている場合には実際上の大きな
利点となる。

【００２９】本考案に係る方法は更に、圧電形の水中マ
イクロホンや加速度計等をはじめとする、その他の容量
形トランスデューサに対しても適用可能であり、例えば
加速度計が適正に装着されているか否かの管理に利用す
ることもできる。

【００３０】本考案に係るシステムは更に、外部の電磁
界、例えば空港の近くに発生しているレーダによる電磁
界等からの影響を比較的受けにくくなっており、それ
は、マイクロホンのシャシ端子から前置増幅器のシャシ
端子までの導線経路が極めて短いからである。換言すれ
ば、非常に効率的なシャシ接続が得られるようになって
いるのである。

【００３１】マイクロホンの内部に水滴が付着すること
や、コンデンサマイクロホンに短絡が発生すること以外
の、その他の誤差の発生原因としては、例えば静電荷が
不適正になるということがある。即ち、コンデンサマイ
クロホンは、その振動膜に帯電させた電荷が不適正とな
ることがある。その電荷が不適正になると、それによっ
てコンデンサマイクロホンの容量が変化してしまう。本
考案に係るシステムを用いれば、これによって発生する
マイクロホンの小さな誤差や、振動膜の張力の僅かな変
化でさえも検出することができる。

【００３２】重要なことは、測定精度が既知となってい
ることであり、また更に、その測定精度が徐々に変化す
るようなことがないということである。これらが満たさ
れた後にはじめて、許容騒音レベルを超える騒音に対し
て罰金を科すという判断を下せるようになる。

【００３３】トランスデューサないし各々の前置増幅器
と集中制御装置とを接続している導線も併せて試験され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、前置増幅器を備えた公知の静電容量形
マイクロホンを示した図、

【図２】図２は、図１に対応した等価回路図、

【図３】図３は、本考案に係る試験用導体を備えた静電
容量形マイクロホンの回路を示した図、

【図４】図４は、図３に対応した等価回路図、

【図５】図５は、本考案に係る試験用導体の一部を示し
た図、

【図６】図６は、前置増幅器とケーシングとの間に介挿
することのできるアダプタであって、ケーシングのその
他の部分から電気的に絶縁して取付けた調節自在な金属
製のネジを備えたアダプタを示した図、そして、

【図７】図７は、マイクロホン・ユニットの全体を示し
た図である。

【符号の説明】

１切換スイッチ２コンデンサマイクロホン（静電容量形マイクロホ
ン）４前置増幅器５キャパシタ１０キャパシタ６入力抵抗８試験用導体８’ 試験用導体１２ハンダ付け層１４基板１６調節自在なネジ１７導線１８前置増幅器１９アダプタ２０ケーシング

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】１つないし複数の静電容量形音響トランス
デューサを集中制御装置から遠隔的に試験するシステム
であって、前記静電容量形音響トランスデューサの各々
は、高入力抵抗（６）を有する前置増幅器（４）の入力
部に個々に接続し、前記集中制御装置から試験用導体
（８'）が前記静電容量形音響トランスデューサの各々
まで延在し、各個々の前記静電容量形音響トランスデュ
ーサの試験を、前記試験用導体（８'）およびキャパシ
タを介して試験信号を送出する手段により行い、前記キ
ャパシタが、前記トランスデューサの容量と比べ小さな
容量を有し、かつ前記トランスデューサと前記前置増幅
器（４）の入力部との間の接続部において前記試験用導
体（８'）内に挿入したものであり、前記試験用導体（８'）内に挿入した前記キャパシタ
（１０）が、該キャパシタ（１０）のインピーダンスと
比べ大きな等価並列抵抗（漏れ抵抗）を有し、そして周
波数特性を前記試験用導体（８'）を介して測定して、
先に判定した周波数特性と比較することによって前記ト
ランスデューサにおける誤差を指示するようにし、前記試験用導体（８'）内の前記キャパシタ（１０）
が、０.１ｐＦの桁の値を有すること、を特徴とするシステム。
【請求項２】前記キャパシタ（１０）の前記等価並列抵
抗が、１０⁷ＭΩの大きさであること、を特徴とする請
求項１記載のシステム。
【請求項３】前記試験用導体（８'）内の前記キャパシ
タが、ケーシング（２０）における調節自在なネジであ
り、該調節自在なネジを該ケーシングのその他の部分か
らは電気的に絶縁したこと、を特徴とする請求項１また
は２記載のシステム。
【請求項４】前記試験用導体（８'）内の前記キャパシ
タが、前記ケーシング（２０）と前記前置増幅器（１
８）との間の別個のユニットとして形成したアダプタ
（１９）における調節自在なネジ（１６）であること、
を特徴とする請求項１または２記載のシステム。