JP4812496B2 - コンデンサーマイクロホン回路 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサーマイクロホン回路に関するもので、特に、ファントム電源と内蔵電源である電池とを切り換えて使用することができるコンデンサーマイクロホンの回路に関するものである。

コンデンサーマイクロホンは、電気音響変換器であるコンデンサーマイクロホンユニットのインピーダンスが高いことから、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ、以下同じ）などを用いたインピーダンス変換器が用いられている。このインピーダンス変換器を動作させるには電源が必要である。コンデンサーマイクロホンの電源には、マイクロホン内に内蔵する電源すなわち一般的には電池と、外部から電源を供給するためのミキサーあるいはファントム電源がある。上記ファントム電源は、日本電子機械工業会（ＥＩＡＪ）規格ＲＣ−８１６２Ａ「マイクロホンの電源供給方式」に規定されているように、マイクロホンの出力コードを経由してマイクロホンに供給される。ファントム電源の供給回路形式には、抵抗器分割Ｔ結合型、トランスセンタータップ型などがあるが、ファントム電源の供給回路形式自体は本願発明と直接的な関係はないから、それらの詳細な説明は省略する。

比較的安価な一般用あるいは家庭用のコンデンサーマイクロホンでは、内蔵した電源電池のみで動作させるようになっている。これに対して業務用のコンデンサーマイクロホンは、内蔵電源である電池のみで動作させると、電池が消耗したときに使用を継続することができなくなり、信頼性を維持することができなくなるため、外部から供給されるファントム電源を主電源として使用し、内蔵電源はファントム電源に不具合があった場合の補助電源として使用している。内蔵電源電池は、容易に入手することができるように、単三型の乾電池が用いられるのが普通であり、その電圧は約１．５Ｖである。

ファントム電源と内蔵電源電池を選択的に使用することができるコンデンサーマイクロホンにおいて、ファントム電源を使用するときに出力信号の振幅を十分大きくとることができるように回路を設計すると、内蔵電源電池のみで動作させるときに回路が動作しなくなる。逆に、内蔵電源電池の電圧１．５Ｖで最適に動作するように回路を設計すると、ファントム電源の使用時には、電源電圧が高くなるにもかかわらず、出力信号の振幅を十分大きくとることができなくなる。したがって、内蔵電源電池を使用している場合は、その電圧に見合った出力信号レベルを得ることができ、ファントム電源を使用している場合は、その電源電圧に見合った大きな信号出力レベルを得ることができることが望ましい。

本出願人は、コンデンサーマイクロホンのインピーダンス変換素子でありかつ信号用のＦＥＴのほかに、スイッチ用ＦＥＴを設け、ファントム電源と内蔵電源電池の切り換えに応じて、信号用ＦＥＴのソース抵抗を、スイッチ用ＦＥＴで切り換えるようにしたコンデンサーマイクロホンに関して先に特許出願した。内蔵電源電池を使用するときは信号用ＦＥＴのソース抵抗値を小さくし、ファントム電源を使用するときは、上記ソース抵抗値を大きくすることによって内蔵電源電池の使用時よりも信号電圧の振幅を大きくし、最大許容音圧レベルを大きくするものである（例えば、特許文献１参照）。

図２は、特許文献１記載の発明と同様の技術思想を取り入れたコンデンサーマイクロホンの回路例を示している。以下、この回路例を概略的に説明する。図２において、符号５は内蔵電源電池、６はコンデンサー型の電気音響変換素子、７は電源ライン、８はバッファアンプ、Ｑ０１はインピーダンス変換素子である信号用のＦＥＴ、Ｑ０２はスイッチ用ＦＥＴ、ＴＲＳはトランスをそれぞれ示している。トランスＴＲＳの二次巻線は、一端がホット側端子ピン２に、他端がコールド側端子ピン３に接続されている。上記端子ピン２と端子ピン３は、例えば前記ＥＩＡＪ規格に則った３ピン型のコネクタを介して出力コードに接続されるもので、もう一つの端子ピン１はマイクロホン回路のアースラインに接続されるとともに上記コネクタを介して上記出力コードのシールド線に接続される。トランスＴＲＳの二次巻線はセンタータップを有し、このセンタータップは、定電流ダイオードＤ０４を介してスイッチ用ＦＥＴＱ０２のゲートに接続され、また、定電流ダイオードＤ０４と逆流防止用ダイオードＤ０３を直列に介して電源ライン７に接続されている。内蔵電源電池５の正極は逆流防止ダイオードＤ０２を介して電源ライン７に接続されている。

上記３ピン型のコネクタは、図示されないファントム電源の給電ソケットに対して着脱自在となっていて、ファントム電源の給電ソケットに接続することによって、ファントム電源が二つの端子ピン２，３間に接続されるように構成されている。このようにしてファントム電源が接続されると、トランスＴＲＳの二次巻線のセンタータップから、定電流ダイオードＤ０４と逆流防止用ダイオードＤ０３を直列に介して電源ライン７にファントム電源が供給され、また、定電流ダイオードＤ０４を介してスイッチ用ＦＥＴＱ０２のゲートに定電流ダイオードＤ０４によって一定の電圧が印加されるように構成されている。スイッチ用ＦＥＴＱ０２はＰ接合型のＦＥＴである。

電源ライン７とアースライン間には、信号用ＦＥＴＱ０１のソース−ドレイン、抵抗Ｒ０１、Ｒ０２が直列に接続されている。ＦＥＴＱ０１のゲートとアースラインの間には電気音響変換素子６が接続されている。抵抗Ｒ０１、Ｒ０２は信号用ＦＥＴＱ０１の負荷抵抗で、これらの抵抗Ｒ０１、Ｒ０２の接続点はスイッチ用ＦＥＴＱ０２のソースに接続されている。スイッチ用ＦＥＴＱ０２のドレインはアースラインに接続されている。信号用ＦＥＴＱ０１の出力信号はインピーダンス変換回路を兼ねるバッファアンプ８に入力され、バッファアンプ８の出力はトランスＴＲＳの一次巻線の一端に接続され、一次巻線の他端はアースラインに接続されている。

上記の回路構成において、内蔵電池電源５を使用する場合は、スイッチ用ＦＥＴＱ０２のゲート電位は０Ｖであるから、ＦＥＴＱ０２はオン状態になり、負荷抵抗Ｒ０２が短絡されて信号用ＦＥＴＱ０１の負荷抵抗は抵抗Ｒ０１のみとなり、負荷抵抗値は小さくなる。これにより、内蔵電池電源５の電圧に適応した動作をする。一方、ファントム電源を使用すると、ファントム電源が定電流ダイオードＤ０４を介してＦＥＴＱ０２のゲートに接続されることになるため、ＦＥＴＱ０２のゲートには定電流ダイオードＤ０４の端子電圧が印加されることになり、ＦＥＴＱ０２はオフとなる。よって、信号用ＦＥＴＱ０１の負荷抵抗は、抵抗Ｒ０１に抵抗Ｒ０２が加えられた値となり、インピーダンス変換器を構成するＦＥＴＱ０１を動作させる電源電圧を高くすることができ、信号電圧の振幅を大きくして最大許容入力音圧レベルを高くすることができる。

なお、本発明は、後で説明するように、ファントム電源と内蔵電池電源とを選択的に用いる場合に、インピーダンス変換回路の負荷抵抗を切り換えるに当たりフォトモスリレーを採用したことを特徴とする。コンデンサーマイクロホンにフォトモスリレーの類を採用した公知例として、爆発危険場所に設置されるマイクロホンおよびマイクロホン接続箱と、非爆発危険場所に設置されるバリヤユニットを具備し、バリヤユニットはフォトカプラを具備し、マイクロホン接続箱を介して送信されるマイクロホンの音声出力が、上記フォトカプラの入力側発光ダイオードに入力され、フォトカプラの出力側フォトトランジスタより音声信号が送信されるようにした防爆構造のマイクロホン装置がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２記載の発明は、爆発危険場所と非爆発危険場所を光学的に結合させることにより防爆構造にするというもので、コンデンサーマイクロホンにフォトモスリレーに類するものを使用した例として挙げた。後で述べる本発明の目的を達成するための構成とは直接的な関係はない。

実開平６−５２３００号公報 実公平５−２８８７７号公報

特許文献１記載の発明によれば、前述のとおり、所期の目的を達成することができる。しかしながら、図２に示す回路構成からもわかるように、ファントム電源使用時にスイッチ用ＦＥＴＱ０２のゲートに印加される電圧は、マイクロホンの出力回路付近、より具体的には、端子ピン２，３に接続されるトランスＴＲＳの二次巻線から供給される。マイクロホンの出力回路にはマイクロホンコードが接続されていて、マイクロホンコードには外部から高周波電流が侵入しやすいため、上記出力回路には、マイクロホンコードから高周波電流が侵入しやすい回路構成になっている。上記高周波電流はスイッチ用ＦＥＴＱ０２のゲートに印加されるため、この電流が検波されて雑音となるという問題がある。特に、近年のように携帯電話が広く普及していると、マイクロホン近傍で携帯電話が使用されることも多くなり、携帯電話から発せられる高周波が、コンデンサーマイクロホンの雑音の要因になるという深刻な問題になっている。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、ファントム電源と内蔵電池電源を選択的に使用することができ、かつ、選択された電源に対応してインピーダンス変換器の負荷抵抗を切り換えることができるように回路構成されたコンデンサーマイクロホンにおいて、仮に、近傍で携帯電話などが使用されたとしても、高周波による雑音の発生を防止することができる回路を提供することを目的とする。

本発明にかかるコンデンサーマイクロホン回路は、コンデンサー型電気音響変換素子と、この電気音響変換素子の出力インピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、インピーダンス変換器の負荷抵抗と、インピーダンス変換器を動作させるためのファントム電源および内蔵電源電池と、ファントム電源使用時と内蔵電源電池使用時とで上記負荷抵抗の値を切り換えるスイッチと、を備え、上記スイッチは、光学的結合をオンオフする光学スイッチであり、この光学スイッチを介して上記ファントム電源を上記インピーダンス変換器に供給するように接続されていることを最も主要な特徴とする。
光学スイッチは、ファントム電源使用時に内蔵電源電池使用時よりも負荷抵抗の値が大きくなるように切り換えるように構成される。
光学スイッチはフォトモスリレーとし、フォトモスリレーの一次側を構成する発光素子にファントム電源が供給されるようにするとよい。
フォトモスリレーの発光素子を発光ダイオードとし、この発光ダイオードを介してマイクロホン回路にファントム電源が供給されるように構成するとなおよい。

ファントム電源使用時の電源電圧と内蔵電源電池使用時の電源電圧に対応してインピーダンス変換器が効果的に機能するように、スイッチがインピーダンス変換器の負荷抵抗の値を切り換える。上記スイッチは光学的結合関係をオンオフする光学スイッチであり、電気的および電磁的結合を遮断するため、ファントム電源供給ラインを通じて進入しようとする高周波電流が光学スイッチで遮断され、インピーダンス変換器まで高周波電流が及ぶことがなくなる。その結果、高周波電流がインピーダンス変換器で検波されて雑音となることもなくなる。
光学スイッチはフォトモスリレーとし、フォトモスリレーの一次側を構成する発光素子を発光ダイオードとし、この発光ダイオードを介してマイクロホン回路にファントム電源が供給されるように構成すれば、上記発光ダイオードが、内蔵電源電池使用時の逆流防止素子としても機能し、別途の部品として逆流防止素子を設ける必要はなくなる。

以下、本発明にかかるコンデンサーマイクロホン回路の実施例について図面を参照しながら説明する。図２に示す従来例の構成と同じ構成部分には同じ符号を付している。

図１において、符号５は内蔵電源電池、６はコンデンサー型の電気音響変換素子、７は電源ライン、８はバッファアンプ、１０は光学スイッチ、Ｑ０１はインピーダンス変換素子、ＴＲＳはトランスをそれぞれ示している。トランスＴＲＳの二次巻線は、一端がホット側端子ピン２に、他端がコールド側端子ピン３に接続されている。上記端子ピン２と端子ピン３は、例えば前記ＥＩＡＪ規格に則った３ピン型のコネクタを介して出力コードに接続されるもので、もう一つの端子ピン１はマイクロホン回路のアースラインに接続されるとともに上記コネクタを介して上記出力コードのシールド線に接続される。トランスＴＲＳの二次巻線はセンタータップを有し、このセンタータップは、定電流ダイオードＤ０４を介して光学スイッチ１０の一次側に接続されている。内蔵電源電池５の正極は逆流防止ダイオードＤ０２を介して電源ライン７に接続され、内蔵電源電池５の負極はアースラインに接続されている。

光学スイッチ１０として、図１に示す実施例では、フォトモスリレーを使用している。フォトモスリレーとして、例えば、株式会社東芝製のＴＬＰ４１７６Ｇを使用することができる。フォトモスリレーは、一次側（入力側）に発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）１１を有し、二次側（出力側）に、ＬＥＤ１１から放射された光束を受光する二つのＭＯＳＦＥＴ１２，１３からなる受光素子を有してなる。二つのＭＯＳＦＥＴ１２，１３はソース同士が接続されてそれぞれのドレインが個別に出力端子につながっている。二つのＭＯＳＦＥＴ１２，１３はゲート同士が接続され、光束を受光しないときは、フォトモスリレーの出力端である双方のＭＯＳＦＥＴ１２，１３のドレイン間が閉じた（抵抗値が０に近い）オン状態となる。ＭＯＳＦＥＴ１２，１３は、光束を受光することによってそれらのドレイン間が開放された（抵抗値が高い）オフ状態となる。トランスＴＲＳの二次巻線のセンタータップは、上記定電流ダイオードＤ０４を介して光学スイッチ１０のＬＥＤ１１のアノード側に接続され、ＬＥＤ１１のカソード側はマイクロホン回路の電源ライン７に接続されている。

上記３ピン型のコネクタは、図示されないファントム電源の給電ソケットに対して着脱自在となっていて、ファントム電源の給電ソケットに接続することによって、ファントム電源が二つの端子ピン２，３間に接続されるように構成されている。このように構成されることにより、ファントム電源が接続されると、トランスＴＲＳの二次巻線のセンタータップから、定電流ダイオードＤ０４と光学スイッチ１０のＬＥＤ１１を直列に介して電源ライン７にファントム電源が供給される。すなわち、ファントム電源は、定電流ダイオードＤ０４とＬＥＤ１１を介して電源ライン７に供給されるようになっていて、電源ライン７には定電流ダイオードＤ０４によって一定の電圧の電源が供給される。また、光学スイッチ１０のＬＥＤ１１は、内蔵電源電池５を使用するとき、電池５からの電流がファントム電源回路に逆流するのを阻止する逆流防止ダイオードとしても機能している。

電源ライン７とアースライン間には、インピーダンス変換素子Ｑ０１の主体をなすＦＥＴ１８のソース−ドレインと、抵抗Ｒ０１と、抵抗Ｒ０２が直列に接続されている。インピーダンス変換素子Ｑ０１のＦＥＴ１８のゲートとアースラインの間にはコンデンサー型電気音響変換素子６が接続されている。電気音響変換素子６は、振動板と、スペーサの介在のもとに上記振動板とわずかな隙間をおいて対向配置された固定極とを主体としてなるコンデンサー構造の変換素子である。抵抗Ｒ０１、Ｒ０２はインピーダンス変換素子Ｑ０１の負荷抵抗で、これらの抵抗Ｒ０１、Ｒ０２の接続点は光学スイッチ１０の二次側を構成している一方のＦＥＴ１３のドレインに接続されている。光学スイッチ１０の二次側を構成している他方のＦＥＴ１２のドレインはアースラインに接続されている。

インピーダンス変換素子Ｑ０１は、ＦＥＴ１８を主体としてなり、このＦＥＴ１８のゲートとソース間に互いに並列に接続された保護用のダイオード１５，１６および抵抗１７で構成されている。インピーダンス変換素子Ｑ０１は集積回路化されているものを使用するとよい。保護用のダイオード１５，１６は互いに逆向きに接続されている。インピーダンス変換素子Ｑ０１は、外付けの高抵抗が不要であり、ＦＥＴ１８はゼロバイアスで駆動される。インピーダンス変換素子Ｑ０１の出力信号は、トランジスタＱ０３を主体としてなるバッファアンプ８の上記トランジスタＱ０３のベースに入力されるようになっている。バッファアンプ８はインピーダンス変換回路を兼ねていて、バッファアンプ８の出力、具体的には上記トランジスタＱ０３のエミッタとアースラインとの間に接続された抵抗Ｒ０８の端子電圧が、トランスＴＲＳの一次巻線の一端に入力されるように構成されている。トランスＴＲＳの一次巻線の他端はアースラインに接続されている。

電源ライン７とアースラインとの間には、定電圧用のツェナーダイオードＤ０５とコンデンサーＣ０７が並列に接続されて安定化電源回路を構成している。抵抗Ｒ０７はトランジスタＱ０３のベースに接続されたバイアス抵抗であり、Ｄ０１はバイアス抵抗Ｒ０７と直列に接続された同じくバイアス用のツェナーダイオードである。

次に、上記実施例の動作を説明する。いま、内蔵電源電池５のみで動作しているものとする。内蔵電源電池５からの電流は光学スイッチ１０の入力側のＬＥＤ１１には流れないからＬＥＤ１１は点灯せず、光学スイッチ１０の出力側の二つのＦＥＴ１２，１３は電気的に閉じた状態すなわちショート状態になる。したがって、抵抗Ｒ０２が短絡され、インピーダンス変換器Ｑ０１の負荷抵抗は抵抗Ｒ０１のみとなって、負荷抵抗の値は低くなり、電圧の低い内蔵電源電池５による駆動に適した負荷抵抗値となる。

次に、前記３ピン型のコネクタを図示されないファントム電源の給電ソケットに接続することによって、二つの端子ピン２，３間にファントム電源を接続すると、トランスＴＲＳの二次巻線のセンタータップから定電流デイオードＤ０４および光学スイッチ１０のＬＥＤ１１を介して電源ライン７に電流が流れ、電源ライン７にファントム電源が供給される。上記ＬＥＤ１１は電流が流れることによって点灯し、ＬＥＤ１１から放射された光束が二つのＦＥＴ１２，１３で受光されることにより、二つのＦＥＴ１２，１３は遮断状態すなわちスイッチが開放した状態になる。その結果、インピーダンス変換器Ｑ０１の負荷抵抗は抵抗Ｒ０１に抵抗Ｒ０２が加えられた値となって抵抗値が高くなり、ファントム電源の電圧に見合って出力信号電圧の振幅を大きくすることができ、電気音響変換素子６への最大許容入力音圧レベルを大きくすることができる。

前述のようにマイクロホンの出力回路にはマイクロホンコードが接続されるようになっていて、マイクロホンコードには外部から高周波電流が侵入しやすいため、上記出力回路には、マイクロホンコードから高周波電流が侵入しやすい回路構成になっている。マイクロホンコードはファントム電源の供給路を兼ねているため、ファントム電源使用時と内蔵電源電池使用時とで上記負荷抵抗の値を切り換えるスイッチが従来のように電気的に結合されたスイッチであるとすれば、このスイッチを介して高周波電流がインピーダンス変換器Ｑ０１に流入し、インピーダンス変換器Ｑ０１の主体をなすＦＥＴ１８で高周波電流が検波されて雑音の原因となる。その点、図１に示す本発明の実施例によれば、ファントム電源使用時と内蔵電源電池使用時とでインピーダンス変換器Ｑ０１の負荷抵抗を切り換えるためのスイッチを光学スイッチ１０としたため、マイクロホンコードおよびファントム電源の供給路とインピーダンス変換器Ｑ０１との間の電気的結合が光学スイッチ１０で遮断され、高周波電流がインピーダンス変換器Ｑ０１に流入することがなくなる。よって、高周波電流を要因としてインピーダンス変換器Ｑ０１のＦＥＴ１８で雑音が発生することもなくなる。

光学スイッチ１０はフォトモスリレーとし、フォトモスリレーの入力側の発光素子であるＬＥＤ１１を介してファントム電源が電源ライン７に供給される構成になっているため、内蔵電源電池５使用時にＬＥＤ１１がファントム電源回路側への電流の流入を阻止する逆流防止ダイオードとしても機能し、別途に逆流防止ダイオードを設ける必要はない。

本発明にかかるコンデンサーマイクロホン回路の実施例を示す回路図である。 従来のコンデンサーマイクロホン回路の例を示す回路図である。

符号の説明

５ 内蔵電源電池
６ 電気音響変換素子
７ 電源ライン
８ バッファアンプ
１０ 光学スイッチ
１１ ＬＥＤ
Ｒ０１ 負荷抵抗
Ｒ０２ 負荷抵抗
Ｑ０１ インピーダンス変換器
Ｄ０４ 定電流ダイオード

Claims (7)

1. コンデンサー型電気音響変換素子と、この電気音響変換素子の出力インピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、インピーダンス変換器の負荷抵抗と、インピーダンス変換器を動作させるためのファントム電源および内蔵電源電池と、ファントム電源使用時と内蔵電源電池使用時とで上記負荷抵抗の値を切り換えるスイッチと、を備え、
   上記スイッチは、光学的結合をオンオフする光学スイッチであり、この光学スイッチを介して上記ファントム電源を上記インピーダンス変換器に供給するように接続されているコンデンサーマイクロホン回路。
2. 光学スイッチは、ファントム電源使用時に内蔵電源電池使用時よりも負荷抵抗の値が大きくなるように切り換える請求項１記載のコンデンサーマイクロホン回路。
3. 光学スイッチはフォトモスリレーである請求項１または２記載のコンデンサーマイクロホン回路。
4. フォトモスリレーの一次側を構成する発光素子にファントム電源が供給される請求項３記載のコンデンサーマイクロホン回路。
5. 発光素子は発光ダイオードであり、この発光ダイオードを介してマイクロホン回路に電源が供給される請求項４記載のコンデンサーマイクロホン回路。
6. 発光ダイオードには、定電流ダイオードを介してファントム電源から電源が供給される請求項５記載のコンデンサーマイクロホン回路。
7. インピーダンス変換器は電界効果型トランジスタを主体としてなる請求項１記載のコンデンサーマイクロホン回路。
   

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