JP3148348B2 - 変位比例型変換器の前置減衰器 - Google Patents

変位比例型変換器の前置減衰器

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JP3148348B2 JP11394292A JP11394292A JP3148348B2 JP 3148348 B2 JP3148348 B2 JP 3148348B2 JP 11394292 A JP11394292 A JP 11394292A JP 11394292 A JP11394292 A JP 11394292A JP 3148348 B2 JP3148348 B2 JP 3148348B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、出力電圧が振動子の
変位量に比例する型式の変位比例型変換器に関し、特に
詳しく言うと、大きな入力信号に対してもS/N比が劣
化することなく減衰させることができる変位比例型変換
器の前置減衰器に関する。
【0002】
【従来の技術】振動子の変位振幅に比例した出力電圧を
得る、例えばコンデンサマイクロホンやエレクトレット
コンデンサマイクロホン等に代表される変位比例型音響
変換器は、小型軽量化が可能で業務用から民生用まで幅
広く使用されている。コンデンサマイクロホンにおいて
は、マイクロホンユニットの電極間に高抵抗を介して直
流電圧を加え、ユニットの容量変化によって高抵抗の両
端に生じる電圧の変化を電気信号として取り出すように
なっており、エレクトレットコンデンサマイクロホンは
ユニットの固定極あるいは振動板をエレクトレット現象
を持つ薄膜で構成し、信号を取り出す側の電極を高イン
ピーダンスで接続し、その電極の電荷Qは移動せず一定
となるが、ユニットの静電容量Cの変化がQ=C×V
(Vはコンデンサの両極感の電圧)の関係にしたがって
電圧変化となってあらわれるので、この電圧変化を電気
信号として取りだしている。一般にこのようなマイクロ
ホンユニットの静電容量は数10pFであり、高抵抗の
値としては数100MΩ以上のものが必要になるが、マ
イクロホンの出力インピーダンスは数100Ωの低イン
ピーダンスにする必要がある。そこで、高入力インピー
ダンスを低出力インピーダンスに変換するためにFET
等で構成されたインピーダンス変喚回路を設けている。
【0003】このインピーダンス変喚回路をエレクトレ
ットコンデンサマイクロホンの場合を例にとり図6によ
り説明すると、マイクロホンユニット1の固定極あるい
は振動板のいずれか一方は、その容量変化を電圧の変化
として取り出すための抵抗2およびインピーダンス変換
用のFET3が接続されている。FET3のドレインは
FET4を介して電源端子5に接続されている。このF
ET4は、FET3の入力静電容量を略ゼロにしてこれ
による信号の減衰を改善するとともに、FET3のドレ
インとソース間の電圧を入力信号に対して殆ど変動のな
い状態にして歪み率を改善するためのものである。FE
T3のソースは定電流回路を構成するFET6を介して
接地端子7に接続されており、FET6はFET4と同
様にその高い内部インピーダンスにより信号の歪みと減
衰を改善している。FET3のソースが出力端子8が接
続され、この出力端子8にはFET4のゲートと抵抗2
の一端そしてFET6のドレインにも接続されている。
接地端子7にはマイクロホンユニット1の他方も接続さ
れている。
【0004】このように、エレクトレットコンデンサマ
イクロホンには上述したようなインピーダンス変喚回路
が必要であるが、音声入力信号が大きくなると、インピ
ーダンス変喚回路の歪みが増加して、クリップしてしま
うことがある。そこで図示するように、マイクロホンユ
ニット1とインピーダンス変喚回路との間に数10〜数
100pFのコンデンサ9で構成されたプリアッテネー
タあるいはパッドと称される前置減衰器を介在させて、
音声入力信号を減衰させている。また音声入力信号が低
いことが予め予測される場合には、この前置減衰器の動
作を解除するためコンデンサ9をオープンするスイッチ
10をこのコンデンサ9に直列に接続している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな前置減衰器の介在は、介在させない場合に比べてS
/N比が劣化してしまう欠点がある。また、前置減衰器
を切るにはスイッチ10をオフにしてコンデンサ9をオ
ープンにすればよいが、このコンデンサ9が接続されて
いる個所はそのインピーダンスが数100MΩ以上、場
合によっては数10GΩというような高い値になってお
り、外来ノイズを拾う可能性がある。外来ノイズから保
護するためには、スイッチ10は厳重にシールドする必
要があり、構造が複雑、大型化してしまう欠点がある。
【0006】そこでこの発明の目的は、大きな音声入力
信号に対してもS/N比が劣化することなく減衰させる
ことができる変位比例型変換器の前置減衰器を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、インピーダ
ンス変換回路を備え、変換器ユニットの出力電圧が振動
子の変位量に比例する変位比例型変換器の前置減衰器に
おいて、インピーダンス変換回路の出力を位相変換して
変換器ユニットに帰還させる位相反転回路を有すること
を特徴とするものである。
【0008】この発明の変位比例型変換器の前置減衰器
は、位相反転回路と変換器ユニットとの間の接続がスイ
ッチによりオンオフされるようになっている。
【0009】
【作用】この構成により、インピーダンス変換回路によ
り低インピーダンスに変換された変換器ユニットの出力
は位相反転回路により位相反転された信号が変換器ユニ
ットに印加されるので、変換器ユニット1の感度を下げ
ることができ、実質的に減衰させることになる。
【0010】この減衰は位相反転回路と変換器ユニット
との間に接続されたスイッチによりオンオフ制御するこ
とができ、減衰を必要とする時のみ位相反転回路の出力
を変換器ユニットに帰還させることもできる。このスイ
ッチは位相反転回路の出力側に接続されるので、インピ
ーダンスは低く、シールドが不十分でも外来ノイズを拾
うことはなく切替えることができる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の前置減衰器をエレクトレッ
トコンデンサマイクロホンに適用した場合を例に取り、
図面に示す実施例について説明する。なお、上述した従
来例および各実施例において実質的に同じ構成要素には
同一参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0012】最初に図1に示す第1実施例について説明
すると、前置減衰器は、上述した従来例と同様な構成の
インピーダンス変換回路21と、このインピーダンス変
換回路21の出力側にその入力側が接続されたバッファ
回路22と、このバッファ回路22の出力側にその入力
側が接続された位相反転回路23とから構成されてい
る。バッファ回路22は、相補型のプッシュプル回路を
構成するように接続された2つのトランジスタ24,2
5と、このプッシュプル回路のためのバイアス用として
接続されたトランジスタ26とを有しており、位相反転
回路23の入力インピーダンスが低い場合でも信号が歪
まないようにしている。位相反転回路23は位相反転用
のトランジスタ27と、バッファ回路22のトランジス
タと同様に相補型のプッシュプル回路を構成するように
接続された2つのトランジスタ28,29と、このプッ
シュプル回路のためのバイアス用として接続されたトラ
ンジスタ30と、入力インピーダンス設定用の抵抗31
と、この位相反転回路23の出力を再度位相反転回路2
3に帰還させて反転出力のレベルを決定するための抵抗
32とを有している。この位相反転回路23の入力に対
する出力の割合は抵抗32の抵抗値を抵抗31の抵抗値
で割った値で決定される。位相反転回路23の出力側が
マイクロホンユニット1の固定極あるいは振動板に接続
される。33は位相反転回路23の出力を取り出すため
の出力端子である。
【0013】したがって、インピーダンス変換回路21
で低インピーダンスに変換されたマイクロホンユニット
1の出力信号は、バッファ回路22により次段の位相反
転回路23の低い入力インピーダンスでも歪まないよう
にされた後、位相反転回路23に印加される。位相反転
回路23の入力インピーダンスを低く設定しているの
は、抵抗31が信号入力に対して直列に接続されおり、
その抵抗値が高いと熱雑音が大きくなり、回路としての
S/N比が悪くなるため、比較的低い抵抗値に設定され
るためのであり、これにより歪みのない位相反転された
信号がマイクロホンユニット1の固定極あるいは振動板
に印加されるので、マイクロホンユニット1の感度が下
がり、実質的に減衰させることになる。減衰量の設定は
入力インピーダンス設定用の抵抗31と抵抗32との比
率を変えることで行なうことができる。
【0014】上述実施例においては、位相反転用のトラ
ンジスタ27と、プッシュプル回路を構成する2つのト
ランジスタ28,29と、バイアス用のトランジスタ3
0と、入力インピーダンス設定用の抵抗31、および帰
還用の抵抗32とで位相反転回路23を構成したが、図
2に示す第2実施例のように、トランス34を用いて逆
相信号を得るように位相反転回路23を構成し、その反
転信号をマイクロホンユニット1の固定極あるいは振動
板に印加するようにしてもよい。すなわち、トランスは
その2つの出力端子から同相出力、逆相出力が得られる
のを利用して、トランス34の逆相出力端子側を位相反
転出力端子33に接続し、その出力をマイクロホンユニ
ット1の固定極あるいは振動板側に帰還させている。
【0015】更に、第1実施例の前置減衰器を入れたり
切ったりする場合には、図3に示す第3実施例のよう
に、マイクロホンユニット1の固定極あるいは振動板側
を位相反転回路23に接続したり、接地端子7に接続し
たりするように切り替えるスイッチ35を設ければよ
い。スイッチ35の接続点はインピーダンスが数10Ω
から数KΩと低いので、シールドが不十分でも外来ノイ
ズを拾うことはなく切替えることができ、シールド処理
は簡単でよい利点がある。
【0016】図4に示す第4実施例は位相反転回路23
の帰還量を減らし全体の帰還量が減らす場合の一例を示
している。この第4実施例においては、上述した第1実
施例の位相反転出力端子33と接地端子7との間に直列
接続された2つの抵抗36,37を接続し、その中間点
をマイクロホンユニット1の固定極あるいは振動板に接
続している以外は、第1実施例と同じである。抵抗3
6,37はブリーダ抵抗と称され、位相反転回路23の
出力を抵抗37の抵抗値を抵抗36と37の合計抵抗値
で除した比率だけ低下させた出力が中間点から得られる
ので、帰還させる信号をこの比率で低下させることがで
き、その結果全体の減衰量を低下させることができる。
【0017】図5に示す第5実施例は、上述第4実施例
とは逆に位相反転回路23の減衰量を増やし全体の減衰
量が増加させる場合を示している。例えば、マイクロホ
ンユニット1は上述したようにその静電容量が数pF〜
数10pFと小さく、この部分で帰還量の減衰が発生し
全体の減衰量が設計値ほど大きくできない場合がある。
すなわち、インピーダンス変換回路21の入力インピー
ダンスは数100MΩ〜数10GΩと高いが、マイクロ
ホンユニット1の静電容量が小さいためにそこを通過す
る際には高抵抗を挿入したと同等の減衰をおこしてしま
う。帰還量の減衰を小さくするにはマイクロホンユニッ
ト1の静電容量を大きくすればよいが、マイクロホンユ
ニット1そのものはマイクロホンの形状、周波数特性、
感度等の性能のため、単に減衰量のために変更すること
はできない。そこで、この第5実施例においては、マイ
クロホンユニット1に並列にコンデンサ38を接続し、
帰還系の静電容量を増加させ、これにより全体の減衰量
を増加させている。
【0018】なお、位相反転回路23の減衰量の設定
は、上述したように抵抗31と32の比率により設定で
きるが、位相反転回路23の出力レベルを一定にするこ
ともできる。すなわち、図4および5に示す回路におい
て、同相(正相)・逆相それぞれの出力を1:1で取り
出すことで、平衡出力をトランスレスで実現できる。
【0019】上述した図6の従来例と図5に示す第5実
施例とのS/N比を比較したところ、図6の従来例にお
いてスイッチ10を切り、前置減衰器を使用しない場合
のS/N比は78.2dB、スイッチ10を入れて前置
減衰器を使用した場合のS/N比は75.4dBであり
そのS/N劣化度は2.8dBであった。これに対し、
図5の第5実施例においては、S/N比は78.1dB
でありそのS/N劣化度は僅か0.1dBであった。な
お、実験は周波数が1KHzで、入力音圧レベルは1P
a、そして聴感補正を行なって測定した。
【0020】なお、上述各実施例はエレクトレットコン
デンサマイクロの場合を例に取って説明したが、骨伝導
マイクロホンや咽喉マイクロホンあるいは振動ピックア
ップ等接触型ピックアップにも応用できることは勿論で
ある。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明の変位比例型変
換器の前置減衰器は、インピーダンス変換回路の出力を
位相変換して変換器ユニットに帰還させる位相反転回路
を設けたものであり、位相反転回路により位相反転され
た信号が変換器ユニットに印加されるので、変換器ユニ
ットの感度を下げることができ、実質的に減衰させるこ
とになる。
【0022】また、請求項2に記載のように、位相反転
回路と変換器ユニットとの間の接続をスイッチによりオ
ンオフするようにすれば、減衰を必要とする時のみ位相
反転回路の出力を変換器ユニットに帰還させることもで
きる。このスイッチは位相反転回路の出力側に接続され
るので、インピーダンスは低く、シールドが不十分でも
外来ノイズを拾うことはなく切替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例を示す回路図である。
【図2】この発明の第2実施例を示す回路図である。
【図3】この発明の第3実施例を示す回路図である。
【図4】この発明の第4実施例を示す回路図である。
【図5】この発明の第5実施例を示す回路図である。
【図6】従来の前置減衰器の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 マイクロホンユニット 2 抵抗 3,4,6 FET 9 コンデンサ 21 インピーダンス変換回路 22 バッファ回路 23 位相反転回路 34 トランス 35 スイッチ 36,37 抵抗 38 コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 3/00 320 H03F 1/34 H03H 11/24 H04R 19/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インピーダンス変換回路を備え、変換器
    ユニットの出力電圧が振動子の変位量に比例する変位比
    例型変換器の前置減衰器において、前記インピーダンス
    変換回路の出力を位相変換して前記変換器ユニットに帰
    還させる位相反転回路を有することを特徴とする変位比
    例型変換器の前置減衰器。
  2. 【請求項2】 前記位相反転回路と前記変換器ユニット
    との間はその接続をオンオフするスイッチを介して接続
    されていることを特徴とする請求項1に記載の変位比例
    型変換器の前置減衰器。
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