JP4774242B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、ファントム電源で動作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、１２Ｖ，２４Ｖおよび４８Ｖのいずれのファントム電源でも動作し、その各々の電源に応じた最大出力レベルを確保することができるコンデンサマイクロホンに関するものである。

コンデンサマイクロホンは、振動板と固定極とをスペーサを介して対向的に配置してなる一種のコンデンサを構成するマイクロホンユニットを備えるが、マイクロホンユニットは出力インピーダンスが極めて高いことから、その出力インピーダンスを低インピーダンスに変換するインピーダンス変換器を必要とする。そのインピーダンス変換器としては、通常、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられる。

マイクロホンユニットのインピーダンス変換器に適用されるＦＥＴには、大別して、ダイオードおよび抵抗素子を含むバイアス回路を内蔵しないＦＥＴ（例えば２ＳＫ３３０）と、上記バイアス回路を内蔵したＦＥＴ（例えば２ＳＫ６６０）とがある。

このうち、バイアス回路を内蔵しないＦＥＴは、バイアス回路を選択することにより、Ｉｄｓｓ（ゲート−ソース間の電圧が０のときのドレイン電流値）を可変にできるという利点があるが、別途にバイアス回路を外付けする必要があるため、小型の例えばタイピン型コンデンサマイクロホンなどのマイクロホンユニットに適用しようとすると、ユニットサイズが大きくなってしまう。

そのため、多くの場合、上記バイアス回路を内蔵したＦＥＴが好ましく採用されているが、この種のＦＥＴはバイアス電圧が固定されているため、Ｉｄｓｓを可変することができない。これを補って最大出力電圧を確保するため、従来では、図３に示す回路が採用されている。この回路はファントム電源で動作する。

図３に示すように、コンデンサマイクロホンには、基本的な構成として、マイクロホンユニットＭＵと、インピーダンス変換器としてのＦＥＴＱ１と、出力コネクタＣＮを介して図示しないファントム電源に接続される出力トランスＴＲＳとが含まれる。

図示が省略されているが、マイクロホンユニットＭＵ内には、振動板と固定極とがスペーサを介して対向的に配置されており、通常はその固定極がＦＥＴＱ１のゲートに接続される。エレクトレット型の場合には、振動板と固定極のいずれか一方にエレクトレット材が適用される。

ＦＥＴＱ１はバイアス回路内蔵型であって、そのゲートとソース間に、２つのダイオードと１つの抵抗素子とを組み合わせたバイアス回路を備える。出力コネクタＣＮは、接地用の端子ピン１，信号のホット側の端子ピン２，信号のコールド側の端子ピン３の３本の端子ピンを有し、端子ピン２と端子ピン３との間に出力トランスＴＲＳの１次側巻線が接続される。端子ピン１は、図示しない例えばユニット筐体を接地ラインＬ３としてマイクロホンユニットＭＵの振動板側に接続される。

出力トランスＴＲＳの１次側巻線には中点タップが設けられ、その中点タップは定電流ダイオードＤ２を含む電流供給ラインＬ１を介してＦＥＴＱ１のドレインに接続される。ＦＥＴＱ１のソースは、出力用の抵抗素子Ｒ２および交流結合用電解コンデンサＣ３を含む出力ラインＬ２を介して出力トランスＴＲＳの２次側巻線の一端に接続される。その２次側巻線の他端は接地ラインＬ３に接続される。

電流供給ラインＬ１と出力ラインＬ２との間には、ＦＥＴＱ１のドレインとソース間の電圧を一定に保持するダイオードＤ１と交流結合用電解コンデンサＣ２とが並列的に接続される。そして、ＦＥＴＱ１のバイアス電圧が固定であることを補って最大出力電圧を確保するため、出力ラインＬ２と接地ラインＬ３との間に、電流増幅器としてのエミッタフォロワのトランジスタＱ２が接続される。

この例において、トランジスタＱ２はＰＮＰ型で、そのベースは交流結合用電解コンデンサＣ１を介してＦＥＴＱ１のソースと接続される。また、トランジスタＱ２のエミッタとコレクタ（接地ラインＬ３）との間には、トランジスタＱ２に所定のベース電圧を与えるための分圧抵抗素子Ｒ１，Ｒ３が接続される。

マイクロホンの動作時、ファントム電源からの給電により、定電流ダイオードＤ２からＦＥＴＱ１のドレインに例えば２ｍＡの電流が供給されるとともに、そのドレイン−ソース間の電圧はダイオードＤ１により０．７Ｖ程度に保たれる。

ＦＥＴＱ１のソースからは、そのゲートに印加されるマイクロホンユニットＭＵの出力電圧によって変調された音声信号が出力され、その音声信号がトランジスタＱ２にて増幅され、出力トランスＴＲＳの２次巻線および接地用の端子ピン１を介して外部の受信機に出力される。

ところで、ＥＩＡＪ ＲＣ−８１６２Ａ（マイクロホンの電源供給方式）によれば、コンデンサマイクロホン用のファントム電源には、１２Ｖ，２４Ｖ，４８Ｖの３種類が規定されている。これに対応するため、コンデンサマイクロホンを例えば１１〜５２Ｖまでの電圧で動作させる場合、１１Ｖを優先して回路を設計すると、２４Ｖ，４８Ｖ使用時の最大出力電圧が低く抑えられてしまう。

これに対して、４８Ｖで動作するように回路を設計すると、最大出力電圧を高くすることができるが、２４Ｖでは最大出力電圧が極端に落ち，また、１２Ｖのファントム電源に接続した場合には動作しなくなる。

図４に図３の回路構成を有する従来のコンデンサマイクロホンを４８Ｖで動作するように設計した場合の入力レベル（ｄＢＶ）対歪み率（ＴＨＤ＋Ｎレベル）のグラフを示す（縦軸の歪み率は対数目盛）。

歪み率が１％が音声品質の許容基準の上限とした場合、４８Ｖで動作させたときの最大出力レベルは約１５．３ｄＢＶである。感度Ｓを−４０ｄＢＶ／Ｐａとした場合の最大許容入力音圧レベルは約１４９．３ｄＢＳＰＬ。

次に、２４Ｖのファントム電源で動作させると、最大出力レベルは約１．８ｄＢＶである。感度Ｓを−４０ｄＢＶ／Ｐａとした場合の最大許容入力音圧レベルは約１３５．８ｄＢＳＰＬ。

さらに電圧を下げて、１２Ｖのファントム電源を使用した場合には、マイクロホンとして動作しなかった。その原因は、電流増幅用のトランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ電圧Ｖ_ＣＥが分圧抵抗素子Ｒ１，Ｒ３の抵抗値により一義的に決められてしまうことによる。

したがって、本発明の課題は、１２Ｖ，２４Ｖおよび４８Ｖのいずれのファントム電源でも動作し、その各々の電源に応じた最大出力レベルを確保することができるコンデンサマイクロホンを提供することにある。

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マイクロホンユニットと、上記マイクロホンユニットのインピーダンス変換器として動作するバイアス回路内蔵型のＦＥＴと、ファントム電源と接続される出力トランスとを含み、上記固定極が上記ＦＥＴのゲートに接続され、上記出力トランスの１次側巻線の中点が定電流ダイオードを含む電流供給ライン介して上記ＦＥＴのドレインに接続され、上記ＦＥＴのソースが出力用の抵抗素子および交流結合用コンデンサ素子を含む出力ラインを介して上記出力トランスの２次側巻線の一端側に接続され、上記振動板が接地ラインを介して上記２次側巻線の他端側に接続されていて、上記出力ラインと上記接地ラインとの間に電流増幅用のエミッタフォロワのトランジスタが接続されているコンデンサマイクロホンにおいて、上記ＦＥＴのソースと上記出力用の抵抗素子との接続点と、上記トランジスタのベースとの間に、ダイオードをそのアノードが上記ＦＥＴのソース側となるようにして接続し、上記ダイオードで生ずる順方向電圧を上記トランジスタのベースに与えることを特徴としている。

本発明によれば、バイアス回路内蔵型のＦＥＴ（ダイオードと抵抗素子の組み合わせからなるバイアス回路を内蔵しておりバイアス電圧が固定のＦＥＴ）のソース側に接続されているエミッタフォロワのトランジスタ（電流増幅器）のベースに、ダイオードで生ずる順方向電圧を与えるようにしたことにより、電源電圧が変動しても安定して動作する（なお、電圧の変化は定電流ダイオードで吸収される）。したがって、１２Ｖ，２４Ｖおよび４８Ｖのいずれのファントム電源でも動作し、その各々の電源に応じた最大出力レベルを確保することができる。また、部品点数も従来と比べて変わらないため、コストアップが伴うこともない。

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の回路図，図２は本発明のコンデンサマイクロホンで測定された入力レベル（ｄＢＶ）対歪み率（ＴＨＤ＋Ｎレベル）を示す図４と同様のグラフである。

図１に示すように、このコンデンサマイクロホンは、基本的な構成として、マイクロホンユニットＭＵと、インピーダンス変換器としてのＦＥＴＱ１と、出力コネクタＣＮを介して図示しないファントム電源に接続される出力トランスＴＲＳとが含まれるが、これらは先の図３で説明した上記従来例と同じであってよい。

すなわち、マイクロホンユニットＭＵ内には、図示しない振動板と固定極とがスペーサを介して対向的に配置されており、通常はその固定極がＦＥＴＱ１のゲートに接続される。また、マイクロホンユニットＭＵは、振動板と固定極のいずれか一方にエレクトレット材が適用されるエレクトレット型であってもよい。

ＦＥＴＱ１はバイアス回路内蔵型であって、そのゲートとソース間に、２つのダイオードと１つの抵抗素子とを組み合わせたバイアス回路を備え、これによりバイアス電圧が固定されている。

出力コネクタＣＮは、接地用の端子ピン１，信号のホット側の端子ピン２，信号のコールド側の端子ピン３の３本の端子ピンを有し、好ましくはＥＩＡＪ ＲＣ−５２３６「音響機器用ラッチロック式丸形コネクタ」に規定されているコネクタが用いられる。

出力コネクタＣＮの端子ピン２と端子ピン３との間に、出力トランスＴＲＳの１次側巻線が接続される。端子ピン１は、図示しない例えばユニット筐体を接地ラインＬ３としてマイクロホンユニットＭＵの振動板側に接続される。

出力トランスＴＲＳの１次側巻線には中点タップが設けられ、その中点タップは定電流ダイオードＤ２を含む電流供給ラインＬ１を介してＦＥＴＱ１のドレインに接続され、定電流ダイオードＤ２より例えば２ｍＡの電流がＦＥＴＱ１のドレインに供給される。

ＦＥＴＱ１のソースは、出力用の抵抗素子Ｒ２および交流結合用電解コンデンサＣ３を含む出力ラインＬ２を介して出力トランスＴＲＳの２次側巻線の一端に接続される。２次側巻線の他端は接地ラインＬ３に接続される。

電流供給ラインＬ１と出力ラインＬ２との間には、ＦＥＴＱ１のドレインとソース間の電圧を一定（例えば０．７Ｖ）に保持するダイオードＤ１と交流結合用電解コンデンサＣ２とが並列的に接続される。

そして、ＦＥＴＱ１のバイアス電圧が固定であることを補って最大出力電圧を確保するため、出力ラインＬ２と接地ラインＬ３との間に、電流増幅器としてのエミッタフォロワのトランジスタＱ２が接続される。

この例において、トランジスタＱ２はＰＮＰ型で、そのベースは交流結合用電解コンデンサＣ１を介してＦＥＴＱ１のソースと接続される。また、本発明においては、トランジスタＱ２のベースとＦＥＴＱ１のソースとの間に、ダイオードＤ３が交流結合用電解コンデンサＣ１に対して並列となるように接続される。

この場合、ダイオードＤ３の向きは、そのアノードをＦＥＴＱ１のソース側とする。これにより、ダイオードＤ３で生ずる順方向電圧（例えば、０．６５〜０．７Ｖ）がトランジスタＱ２のベースに与えられる。

このように、本発明では、トランジスタＱ２のベースにダイオードＤ３で生ずる順方向電圧が印加されることにより、電源電圧が変動してもトランジスタＱ２は電流増幅器として安定して動作する。なお、電圧の変化は定電流ダイオードＤ２で吸収される。

図２の本発明のコンデンサマイクロホンで測定された入力レベル（ｄＢＶ）対歪み率（ＴＨＤ＋Ｎレベル）を示すグラフを参照して、４８Ｖで動作させたときの最大出力レベルは１５．３ｄＢＶである。感度Ｓを−４０ｄＢＶ／Ｐａとした場合の最大許容入力音圧レベルは１４９．３ｄＢＳＰＬ。これは、上記従来例で説明した４８Ｖ専用に設計した場合と同じ最大出力レベルである。

２４Ｖで動作させると、最大出力レベルは８．３ｄＢＶである。感度Ｓを−４０ｄＢＶ／Ｐａとした場合の最大許容入力音圧レベルは１４２．３ｄＢＳＰＬ。１２で動作させると、最大出力レベルは−２．０ｄＢＶである。感度Ｓを−４０ｄＢＶ／Ｐａとした場合の最大許容入力音圧レベルは１３２．０ｄＢＳＰＬ。

これからわかるように、本発明によれば、１２Ｖ，２４Ｖ，４８Ｖのファントム電源で動作し、それぞれの電源に応じた最大出力レベルを確保することができるコンデンサマイクロホンが得られる。

本発明によるコンデンサマイクロホンの回路図。 本発明のコンデンサマイクロホンで測定された入力レベル（ｄＢＶ）対歪み率（ＴＨＤ＋Ｎレベル）を示すグラフ。 従来のコンデンサマイクロホンの回路図。 従来のコンデンサマイクロホンで測定された入力レベル（ｄＢＶ）対歪み率（ＴＨＤ＋Ｎレベル）を示すグラフ。

符号の説明

ＭＵ マイクロホンユニット
Ｑ１ ＦＥＴ
Ｑ２ 電流増幅用トランジスタ
Ｄ２ 定電流ダイオード
Ｄ３ ダイオード
ＣＮ 出力コネクタ
ＴＲＳ トランス

Claims (1)

1. 振動板と固定極とを含むマイクロホンユニットと、上記マイクロホンユニットのインピーダンス変換器として動作するバイアス回路内蔵型のＦＥＴと、ファントム電源と接続される出力トランスとを含み、上記固定極が上記ＦＥＴのゲートに接続され、上記出力トランスの１次側巻線の中点が定電流ダイオードを含む電流供給ライン介して上記ＦＥＴのドレインに接続され、上記ＦＥＴのソースが出力用の抵抗素子および交流結合用コンデンサ素子を含む出力ラインを介して上記出力トランスの２次側巻線の一端側に接続され、上記振動板が接地ラインを介して上記２次側巻線の他端側に接続されていて、上記出力ラインと上記接地ラインとの間に電流増幅用のエミッタフォロワのトランジスタが接続されているコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記ＦＥＴのソースと上記出力用の抵抗素子との接続点と、上記トランジスタのベースとの間に、ダイオードをそのアノードが上記ＦＥＴのソース側となるようにして接続し、上記ダイオードで生ずる順方向電圧を上記トランジスタのベースに与えることを特徴とするコンデンサマイクロホン。

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