JP4669804B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、ファントム電源を使用するコンデンサマイクロホンに関し、さらに詳しく言えば、エフェクト処理を行うディジタルシグナルプロセッサを内蔵したコンデンサマイクロホンに関するものである。

マイクロホンのうち、コンデンサマイクロホンでは駆動用の電源を必要とする。この電源を内蔵電池に求める場合もあるが、例えばオーディオミキサーからマイクケーブルを介して電源を供給することも行われている。この駆動電源は、専用の電源ラインによらずマイクケーブル内の信号線を介して供給されることからファントム電源と呼ばれている。

ファントム電源については、社団法人電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）のＲＣ−８１６２Ａに規定されている。通常、ファントム電源からコンデンサマイクロホンに１２〜４８Ｖの直流電源が供給され、その接続には、平衡２芯シールドケーブルおよびＸＬＲコネクタ（ＩＥＣタイプの３極コネクタ）が用いられる（例えば、特許文献１〜３参照）。

また、コンデンサマイクロホンから出力される音声信号をエフェクト処理することも行われている。エフェクト処理には、例えばノイズキャンセル，ハウリングキャンセル，エコーキャンセル，リバーブ（残響処理），ディストーション（歪み処理）などが含まれ、通常、このエフェクト処理には、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が用いられている。

図３にファントム給電方式で、かつ、エフェクト処理機能を有するマイクロホンシステムの従来例を示す。このマイクロホンシステムは、例えば会議室などに設置された複数台（この例では４台）のコンデンサマイクロホン１０にて収音された話者の音声をスピーカ５０にて拡声する場合についてのものであるが、コンデンサマイクロホン１０は１台であってもよい。

各コンデンサマイクロホン１０は、オーディオミキサー２０と接続される。オーディオミキサー２０から各コンデンサマイクロホン１０に対してファントム電源が供給されるとともに、各コンデンサマイクロホン１０からオーディオミキサー２０に音声信号が入力される。

オーディオミキサー２０の出力は、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を有するサウンドプロセッサ３０にてノイズキャンセル，エコーキャンセルなどのエフェクト処理が施される。その後、アンプ４０にて所定に増幅されスピーカ５０から拡声出力される。

図４を参照して、オーディオミキサー２０はファントム電源の電源回路２１を備えている。この電源回路２１には、信号のホット側端子２１ｈ，信号のコールド側端子２１ｃおよびシールド端子２１ｓの３つの端子が設けられており、信号のホット側端子２１ｈとコールド側端子２１ｃとから等しく分割された直流電流が出力される。この例では、ファントム電源は＋ＤＣ４８Ｖで、スイッチ２２により各コンデンサマイクロホン１０に対する給電を適宜オンオフすることができる。

コンデンサマイクロホン１０は、図示しない振動板と固定極とを対向的に配置してなる静電型のマイクロホンユニット１１と、マイクロホンユニット１１から出力される音声信号を増幅するヘッドアンプ１２およびバッファアンプ１３を含む音声信号増幅回路と、出力コネクタ１４と、バランス回路としての例えばトランス１５と、電源安定化回路１６とを備えている。

出力コネクタ１４は、信号のホット側端子１４ｈ，信号のコールド側端子１４ｃおよびシールド端子１４ｓの３つの端子を備える。トランス１５の１次側巻線はバッファアンプ１３の出力とシールド端子１４ｓとに接続され、２次側巻線には信号のホット側端子１４ｈと信号のコールド側端子１４ｃとが接続される。

電源安定化回路１６は２次側巻線のセンタータップに接続され、マイクロホンユニット１１と、ヘッドアンプ１２およびバッファアンプ１３を含む音声信号増幅回路とに電源を供給する。電源安定化回路１６には、定電圧回路もしくは定電流回路が用いられる。

特許文献１に記載されているように、ファントム電源による給電方式では、コンデンサマイクロホン１０とオーディオミキサー２０は、信号のホット側端子１４ｈ，２１ｈ同士、信号のコールド側端子１４ｃ，２１ｃ同士、シールド端子１４ｓ，２１ｓ同士が図示しない平衡２芯シールド被覆ケーブルを介して接続され、信号のホット側とコールド側とに等しく分割された給電電流を流し、シールド側を帰路導体として使用する。

特開平０８−２０５２７７号公報 特開２００２−３６９２７５号公報 特開２００４−２２１９１９号公報

ところで、コンデンサマイクロホンから出力される音声信号にエフェクト処理を施すディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）には、そのメーカーを問わずクロック周波数に比例して消費電流が増加する傾向にある。一方で、ファントム電源で動作するコンデンサマイクロホンの場合、給電電圧は最大で＋ＤＣ４８Ｖであるため、その消費電力に限りがある。

そこで、従来では、コンデンサマイクロホンの音声信号をエフェクト処理する場合、図３に示すマイクロホンシステム例のように、商用電源で動作する例えば１Ｕラックサイズに設計されたサウンドプロセッサ（ＤＳＰ）３０を別途購入して、マイクロホンシステムに組み込まなければならないという問題がある。

もっとも、コンデンサマイクロホンに例えば商用電源などの別電源を取り込むようにすれば、コンデンサマイクロホン自体にサウンドプロセッサ（ＤＳＰ）を搭載することができるが、コンデンサマイクロホンに商用電源などの別電源を取り込むことは、現実的ではない。

したがって、本発明の課題は、ファントム電源で動作するコンデンサマイクロホンにおいて、商用電源などの別電源を取り込むことなく、コンデンサマイクロホン自体にエフェクト処理を行うディジタルシグナルプロセッサを内蔵させ、外部機器としてのサウンドプロセッサ（ＤＳＰ）を不要にすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、振動板と固定極とを含む静電型のマイクロホンユニットと、上記マイクロホンユニットから出力される音声信号を増幅する音声信号増幅回路と、信号のホット側およびコールド側の各端子とシールド端子とを含む３極の出力コネクタと、上記出力コネクタのホット側およびコールド側の各端子と上記音声信号増幅回路との間に接続されるバランス回路と、上記バランス回路に接続される電源安定化回路とを含み、上記出力コネクタを介してファントム電源と接続され、上記電源安定化回路より上記マイクロホンユニットと上記音声信号増幅回路とに動作電源が供給されるコンデンサマイクロホンにおいて、上記電源安定化回路より電源を得て動作し、上記音声信号をエフェクト処理するディジタルシグナルプロセッサを有し、上記ディジタルシグナルプロセッサがないときの当該コンデンサマイクロホンで消費される消費電力をＰ（Ｐ＝Ｖｆ×Ｉａ；ただし、Ｖｆは上記ファントム電源から供給される直流電圧，Ｉａは当該コンデンサマイクロホンに流れる電流）とし、上記ディジタルシグナルプロセッサに要求される動作電圧をＶｄとして、上記ディジタルシグナルプロセッサを、消費電流が少なくともＰ／Ｖｄで算出される電流値以下のクロック周波数で動作させることを特徴としている。

上記ディジタルシグナルプロセッサは、そのコア回路の入力側および出力側にＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器とを有しているため、余裕をみて、これら各変換器で消費される消費電力をＰｃとして、上記ディジタルシグナルプロセッサを、上記コア回路での消費電流が少なくとも（Ｐ−Ｐｃ）／Ｖｄで算出される電流値以下のクロック周波数で動作させることが好ましい。

また、上記ディジタルシグナルプロセッサには、上記エフェクト処理のプログラムとして、ノイズキャンセル，ハウリングキャンセル，エコーキャンセル，リバーブ，ディストーションの中から選択された少なくとも１つの処理プログラムが書き込まれればよい。

本発明によれば、ファントム電源で動作するコンデンサマイクロホンにおいて、コンデンサマイクロホンの消費電力を有効に使用して、コンデンサマイクロホン自体にエフェクト処理を行うディジタルシグナルプロセッサを内蔵させることができる。したがって、ファントム電源以外に商用電源などの別電源を必要とせず、また、エフェクト処理のための外部サウンドプロセッサ（ＤＳＰ）も必要としない。

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は本発明によるコンデンサマイクロホンをファントム電源側とともに示す概略的な回路構成図，図２はディジタルシグナルプロセッサのクロック周波数と消費電流との関係を示すグラフである。なお、先の図４で説明した従来例と変更を要しない構成要素については同じ参照符号を用いる。

図１には、本発明によるコンデンサマイクロホン１０Ａと、その受信機２０Ａとが示されているが、まず、受信機２０Ａついて説明する。

受信機２０Ａは、先の図４で説明したオーディオミキサー２０と同じく、ファントム電源の電源回路２１を備えている。この電源回路２１には、信号のホット側端子２１ｈ，信号のコールド側端子２１ｃおよびシールド端子２１ｓの３つの端子が設けられており、信号のホット側端子２１ｈとコールド側端子２１ｃとから等しく分割された直流電流が出力される。この例では、ファントム電源は＋ＤＣ４８Ｖで、スイッチ２２によりコンデンサマイクロホン１０Ａに対する給電を適宜オンオフすることができる。

コンデンサマイクロホン１０Ａは、基本的な構成として、対向的に配置される図示しない振動板と固定極とを含む静電型のマイクロホンユニット１１と、マイクロホンユニット１１から出力される音声信号を増幅するヘッドアンプ（音声信号増幅回路）１２と、出力コネクタ１４と、バランス回路としての例えばトランス１５と、電源安定化回路１６とを備えているが、本発明では、エフェクト処理用のディジタルシグナルプロセッサ１７がさらに含まれる。なお、トランス１５に代えて、トランジスタからなる電子バランス回路が用いられてもよい。

ディジタルシグナルプロセッサ１７は、中核となるコア回路１７ａと、その入力側に接続されるＡ／Ｄ変換器１７ｂと、出力側に接続されるＤ／Ａ変換器１７ｃとを備えて構成され、ヘッドアンプ１２とトランス１５の１次側巻線との間に接続される。

なお、この例では、Ａ／Ｄ変換器１７ｂとＤ／Ａ変換器１７ｃは別々の回路として構成されているが、Ａ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器とを１つのＩＣ（集積回路）としたＣＯＤＥＣ（ＣＯｄｅｒ−ＤＥＣｏｄｅｒ）と呼ばれている変換器を使用してもよく、さらにはＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器とが内蔵された一体型のディジタルシグナルプロセッサであってもよい。

出力コネクタ１４は、信号のホット側端子１４ｈ，信号のコールド側端子１４ｃおよびシールド端子１４ｓの３つの端子を備える。トランス１５の１次側巻線には、上記したようにディジタルシグナルプロセッサ１７のＤ／Ａ変換器１７ｃが接続され、２次側巻線には信号のホット側端子１４ｈと信号のコールド側端子１４ｃとが接続される。

電源安定化回路１６は２次側巻線のセンタータップに接続され、マイクロホンユニット１１およびヘッドアンプ１２と、ディジタルシグナルプロセッサ１７とにそれぞれ電源を供給する。電源安定化回路１６には、定電圧回路もしくは定電流回路が用いられる。

コンデンサマイクロホン１０Ａと受信機２０Ａは、信号のホット側端子１４ｈ，２１ｈ同士、信号のコールド側端子１４ｃ，２１ｃ同士、シールド端子１４ｓ，２１ｓ同士が図示しない平衡２芯シールド被覆ケーブルを介して接続され、受信機２０Ａの電源回路２１からコンデンサマイクロホン１０Ａにファントム電源が供給される。

通常、ディジタルシグナルプロセッサ１７への電源供給は１種類ではなく、メーカーによって異なるが、多くの場合、２ないし３種類の異なる電源電圧を必要としている。図１の例は、２種類の異なる電源電圧を必要としている場合を示しており、ここでは、その一方をコア回路１７ａで必要とされるコア電源とし、他方をＡ／Ｄ変換器１７ｂとＤ／Ａ変換器１７ｃとで必要とされるＩ／Ｏ電源と呼ぶ。

Ｉ／Ｏ電源は、Ａ／Ｄ変換器１７ｂ，Ｄ／Ａ変換器１７ｃとコア回路１７ａとの整合性を確保するために必要とされる電源である。これに対して、コア電源は、コア回路１７ａ内の命令をデコードて実行するユニット，レジスタ，キャッシュメモリなどで使用される電源で、コア回路１７ａが実行する信号処理が複雑で高速になるにつれて、コア回路１７ａの消費電流が増加する。一例として、テキサスインスツルメンツ社製のＤＳＰ品番Ｃ５０００におけるクロック周波数−消費電流の関係を示すグラフを図２に示す。

ここで、受信機２０Ａから供給されるファントム電源が＋ＤＣ４８Ｖであるとすると、ディジタルシグナルプロセッサ１７が搭載されていない例えば図４に示したコンデンサマイクロホン１０では、通常、約７ｍＡの電流が流れる。したがって、その消費電力Ｐは、 Ｐ＝４８Ｖ×７ｍＡ＝３３６ｍＷ
となる。

また、Ａ／Ｄ変換器１７ｂとＤ／Ａ変換器１７ｃの合計消費電力が例えば２０ｍＷ，その他の回路での消費電力が同じく２０ｍＷであるとすると、残された消費電力は、
３３６ｍＷ−４０ｍＷ＝２９６ｍＷ
となる。

コア回路１７ａに必要とされるコア電圧が例えば５Ｖであるとすると、コア回路１７ａで信号処理に費やされる消費電流Ｉｘは、
Ｉｘ＝２９６ｍＷ／５Ｖ＝５９．２ｍＡ
となる。

このことは、コア回路１７ａで信号処理に費やされる消費電流が５９．２ｍＡ以下であれば、ファントム電源で動作するコンデンサマイクロホン内でディジタルシグナルプロセッサを動作させることができることを意味する。この消費電流が５９．２ｍＡ以下に該当するクロック周波数を図２のグラフから求めると、約９５ＭＨｚ以下となる。

よって、この例の場合、Ａ／Ｄ変換器１７ｂ，Ｄ／Ａ変換器１７ｃのバッファリング時間内に所望のエフェクト処理を終えることができることを条件として、ディジタルシグナルプロセッサ１７のクロック周波数を９５ＭＨｚ以下とすることにより、音の途切れが生じなく、ファントム電源のみで動作可能なＤＳＰ内蔵のコンデンサマイクロホンを実現することができる。

なお、ディジタルシグナルプロセッサ１７には、エフェクト処理のプログラムとして、ノイズキャンセル，ハウリングキャンセル，エコーキャンセル，リバーブ，ディストーションなどのプログラムが適宜選択して書き込まれるが、信号処理時間を短くするうえで、そのプログラム数は少ない方が好ましい。

また、上記の例ではコア回路１７ａで必要とされるコア電圧を仮に５Ｖとしているが、コア電圧は省電力化の要請により年々下がる傾向にあるため、将来においては、コア電圧が低下される分、クロック周波数を上げることができるであろう。

本発明によるコンデンサマイクロホンをファントム電源側とともに示す概略的な回路構成図。 ディジタルシグナルプロセッサのクロック周波数と消費電流との関係を示すグラフ。 サウンドプロセッサ（ＤＳＰ）を含む従来のマイクロホンシステムの構築例を示す模式図。 従来のコンデンサマイクロホンを給電側のオーディオミキサーとともに示す概略的な回路構成図。

符号の説明

１０Ａ コンデンサマイクロホン
１１ マイクロホンユニット
１２ ヘッドアンプ（音声信号増幅回路）
１４ 出力コネクタ
１５ トランス（バランス回路）
１６ 電源安定化回路
１７ ディジタルシグナルプロセッサ
１７ａ コア回路
１７ｂ Ａ／Ｄ変換器
１７ｃ Ｄ／Ａ変換器

Claims (3)

1. 振動板と固定極とを含む静電型のマイクロホンユニットと、上記マイクロホンユニットから出力される音声信号を増幅する音声信号増幅回路と、信号のホット側およびコールド側の各端子とシールド端子とを含む３極の出力コネクタと、上記出力コネクタのホット側およびコールド側の各端子と上記音声信号増幅回路との間に接続されるバランス回路と、上記バランス回路に接続される電源安定化回路とを含み、上記出力コネクタを介してファントム電源と接続され、上記電源安定化回路より上記マイクロホンユニットと上記音声信号増幅回路とに動作電源が供給されるコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記電源安定化回路より電源を得て動作し、上記音声信号をエフェクト処理するディジタルシグナルプロセッサを有し、
   上記ディジタルシグナルプロセッサがないときの当該コンデンサマイクロホンで消費される消費電力をＰ（Ｐ＝Ｖｆ×Ｉａ；ただし、Ｖｆは上記ファントム電源から供給される直流電圧，Ｉａは当該コンデンサマイクロホンに流れる電流）とし、上記ディジタルシグナルプロセッサに要求される動作電圧をＶｄとして、
   上記ディジタルシグナルプロセッサを、消費電流が少なくともＰ／Ｖｄで算出される電流値以下のクロック周波数で動作させることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 上記ディジタルシグナルプロセッサは、そのコア回路の入力側および出力側にＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器とを有し、これら各変換器で消費される消費電力をＰｃとして、上記ディジタルシグナルプロセッサを、上記コア回路での消費電流が少なくとも（Ｐ−Ｐｃ）／Ｖｄで算出される電流値以下のクロック周波数で動作させることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
3. 上記ディジタルシグナルプロセッサには、上記エフェクト処理のプログラムとして、ノイズキャンセル，ハウリングキャンセル，エコーキャンセル，リバーブ，ディストーションの中から選択された少なくとも１つの処理プログラムが書き込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサマイクロホン。
   

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