JP4975509B2 - コンデンサーマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、発振検波方式のコンデンサーマイクロホンに関するもので、特に、発振コイルと共振コイルの結合にコンデンサーを用いたこと、さらにはこのコンデンサーをコンデンサーマイクロホンユニット独特の構造を利用して構成したことを特徴とするものである。

コンデンサーマイクロホンに用いられているマイクロホンユニットは出力インピーダンスが高いため、一般にはインピーダンス変換器が接続され、インピーダンスを低くして出力される。インピーダンス変換器を用いることなく低インピーダンス出力が可能な別の方式として発振検波方式のコンデンサーマイクロホンがある。発振検波方式コンデンサーマイクロホンは、回路構成が複雑で調整が難しいといった問題点があるが、固有雑音が小さいという利点があるため、現在でも商品化されている。

発振検波方式のコンデンサーマイクロホンには、位相変調型と振幅変調型がある。位相変調型は発振器に水晶振動子を用いることができ、回路構成が比較的簡単であることから古くから用いられている。振幅変調型は高周波ブリッジを用いており、発振周波数が若干移動しても動作するが、位相変調型と比較すると回路構成が複雑であり、マイクロホンユニットはプッシュプル型の方が好ましい、といった問題点がある。

本発明に係るコンデンサーマイクロホンは、位相変調型発振検波方式であるから、以下に、従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例についてより詳細に説明する。図５において、符号１は発振回路、４は発振コイル、１０はレシオ検波回路、６は共振コイルをそれぞれ示している。発振コイル４は、互いに磁気結合された三つのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有してなる。

発振回路１は、トランジスタ２、水晶振動子３、上記コイルＬ１（タンクコイル）を含む。コイルＬ１にはコンデンサーＣ１が並列に接続され、コイルＬ１の一端には電源ＰＳが接続され、コイルＬ１の他端はトランジスタ２のコレクタに接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間には抵抗Ｒ１が接続され、ベースとアースの間には水晶振動子３が接続され、水晶振動子３と並列に抵抗Ｒ２が接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間にはまた、コンデンサーＣ７とＣ８が直列に接続され、このコンデンサーＣ７とＣ８の接続点はトランジスタ２のエミッタに接続され、エミッタは抵抗Ｒ３を介してアースに接続されている。コイルＬ２とＬ３は直列に接続され、この接続点はアースに接続されている。発振回路１は水晶振動子３を備えた発振回路を構成することによって発振周波数を安定化させている。

上記共振コイル６は互いに磁気結合された三つのコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６を有してなる。上記レシオ検波回路１０は、位相変調された信号の復調方式の一つで、コイルＬ５、Ｌ６とコンデンサーの結合によって位相差を作り、ベクトル的に復調する回路方式である。上記コンデンサーは、コンデンサーマイクロホンユニット５、より具体的にいえば、コンデンサーマイクロホンユニットを構成している振動板と、この振動板と間隙をおいて対向している固定電極との間で形成されているコンデンサーである。コイルＬ５とＬ６は直列に接続され、コイルＬ５の他端はダイオード７を介してマイクロホン出力端子ＯＵＴに、コイルＬ６の他端はダイオード８を介して上記マイクロホン出力端子ＯＵＴに接続されている。ダイオード７と８は互いに逆向きになっている。

発振回路１は、例えば８ＭＨｚ−１２ＭＨｚ程度の高周波を発振し、発振した高周波を発振コイル４から共振コイル６に供給するために、コイルＬ２の一端とコイルＬ４の一端が接続され、コイルＬ３の一端が、コイルＬ５とＬ６の接続点に接続されている。発振回路１で発振された高周波は、コイルＬ２、Ｌ３から共振コイル６に供給される。共振コイル６を構成するコイルＬ４にはマイクロホンユニット５の静電容量が直列に接続されている。コンデンサーマイクロホンユニット５は、振動板が受けた音波にしたがって振動することにより上記静電容量が変化する。マイクロホンユニット５の静電容量と共振コイル６のインダクタンスによって共振回路を構成し、これに発振回路１で生成される高周波信号をバイアスとして加える。上記高周波はマイクロホンユニット５で電気音響変換された音声信号で位相変調される。この変調信号は、上記レシオ検波回路１０で復調され、マイクロホン出力端子ＯＵＴから出力される。共振コイル６を構成するコイルＬ４はマイクロホンユニット５の静電容量と直列共振することから、共振周波数でのインピーダンスが極めて低くなる。このように共振周波数でのインピーダンスを低くしなければ、感度が低下する。

上記従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例では、発振コイル４を構成するコイルＬ２から共振コイル６へ高周波を供給している。そのため、コイルＬ２と共振コイル６の結合が密になりすぎると、直列共振で低下したインピーダンスが発振回路１の負荷になるため、発振が不安定になりやすく、過負荷になると発振が停止することがあった。また、コイルＬ２と共振コイル６の結合が浅い場合は、発振回路１の負荷は小さくなるが、信号出力が微弱になって音が出ないことがある。したがって、発振コイル４を構成するコイルＬ２は、他の発振コイルに対する巻き回数、巻きつけ位置を微妙に調整する必要があり、調整が面倒であった。さらに、上記コイルＬ２は、共振コイルＬ４にとって共振回路の直流抵抗の一部となり、共振回路の共振鋭度を低下させ、感度低下の要因となっていた。

ところで、本願発明の技術思想と類似の先行技術を見つけることはできなかったが、本願発明に比較的近いと思われるものに、特許文献１記載の発明がある。特許文献１記載の発明はデジタルマイクロホンに関するもので、音波を受けて振動する振動板の振動を発振周波数の変化すなわちＦＭ波に変換する発振器と、この発振器の出力であるＦＭ信号をデジタル音声信号の標本化周波数のクロック周期でゲートするゲート回路と、ゲートされたＦＭ信号の数をカウントするパルスカウント部と、ＦＭの無変調時と同じ周波数の基準値と上記カウントされた値の差分を算出する演算部とを備え、標本化周波数の周期にしたがってデジタルデータを出力することを特徴とする。
特開平７−２３４９２号公報

特許文献１記載の発明は、振動板の振動をＦＭ波に変換する発振器を備えている点に限れば、後述の本願発明の構成と共通点があるが、ＦＭ波に変換した後の回路構成ないしは信号処理がまったく異なっているとともに、本願発明はデジタル信号として出力するための回路構成を備えるものでもない。

本発明は、図５について説明したような従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンにみられる問題点を解消することを目的とする。すなわち、発振コイルと共振コイルの結合関係を厳密かつ微妙に調整しなくても、発振および共振が安定して行われ、発振および共振の停止や音が出ないといった問題点を解消することができるコンデンサーマイクロホンを提供することを目的とする。
本発明はまた、共振回路の直流抵抗の増大要因をなくすことにより、共振回路の共振鋭度を高めて、感度を高めることができるコンデンサーマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、発振コイルおよび水晶振動子を備えた発振回路と、上記発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、上記共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、上記コンデンサーマイクロホンユニットは、固定電極保持体の一面側に形成された固定電極と、この固定電極に対向させて配置され音波を受けて振動する振動板を有してなり、上記固定電極と上記振動板の間の静電容量の変化を音声信号として出力するように構成され、上記結合手段は、誘電体からなる上記固定電極保持体の上記固定電極とこの固定電極形成面とは反対側でありかつ上記振動板とは反対側の面に設けられた電極との間で構成されていることを最も主要な特徴とする。

発振回路と共振回路との結合手段はコンデンサーであることによって、従来のように発振回路と共振回路のコイル同士の結合と異なり、結合度合いが安定し、発振および共振が安定して行われ、発振および共振の停止や音が出ないといった問題点を解消することができる。また、発振回路と共振回路のコイル同士の結合と異なって、共振回路の直流抵抗の増大要因をなくすことができ、もって、共振回路の共振鋭度を高めて、感度を高めることができる。

本発明はまた、コンデンサーマイクロホンユニットの構成上の特長を活かして、誘電体からなる固定電極保持体の表裏両面に設けられた電極間でコンデンサーを構成し、このコンデンサーを結合手段としているので、結合手段としてのコンデンサーを別途に設ける必要がなく、コンデンサーマイクロホンの小型化を図ることができる。

以下、本発明にかかるコンデンサーマイクロホンの実施例を、図１ないし図４を参照しながら説明する。なお、図５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ある。
図１において、符号１は発振回路、１２は発振コイル、１０は復調回路であるレシオ検波回路、６は共振コイルをそれぞれ示している。発振コイル１２は、互いに磁気結合された二つのコイルＬ１、Ｌ３を有してなり、図５に示す従来例における発振コイル４と異なり、コイルＬ２は備えていない。

発振回路１は、トランジスタ２、水晶振動子３、上記コイルＬ１（タンクコイル）を含む。コイルＬ１にはコンデンサーＣ１が並列に接続され、コイルＬ１の一端には電源ＰＳが接続され、コイルＬ１の他端はトランジスタ２のコレクタに接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間には抵抗Ｒ１が接続され、ベースとアースの間には水晶振動子３が接続され、水晶振動子３と並列に抵抗Ｒ２が接続されている。トランジスタ２のコレクタとベースの間にはまた、コンデンサーＣ７とＣ８が直列に接続され、このコンデンサーＣ７とＣ８の接続点はトランジスタ２のエミッタに接続され、エミッタは抵抗Ｒ３を介してアースに接続されている。コイルＬ２とＬ３は直列に接続され、この接続点はアースに接続されている。発振回路１は水晶振動子３を備えた発振回路を構成することによって発振周波数を安定化させている。

上記共振コイル６は互いに磁気結合された三つのコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６を有してなる。上記レシオ検波回路１０は、位相変調された信号の復調方式の一つで、コイルＬ５、Ｌ６とコンデンサーの結合によって位相差を作り、ベクトル的に復調する回路方式である。上記コンデンサーは、コンデンサーマイクロホンユニット５、より具体的にいえば、コンデンサーマイクロホンユニットを構成している振動板と、この振動板と間隙をおいて対向している固定電極との間で形成されているコンデンサーである。コイルＬ５とＬ６は直列に接続され、コイルＬ５の他端はダイオード７を介してマイクロホン出力端子ＯＵＴに、コイルＬ６の他端はダイオード８を介して上記マイクロホン出力端子ＯＵＴに接続されている。ダイオード７と８は互いに逆向きになっている。

発振回路１は、例えば８ＭＨｚ−１２ＭＨｚ程度の高周波を発振し、発振した高周波を発振コイル４から共振コイル６に供給するために、タンクコイルＬ１の一端がコンデンサー１４を介して共振コイル６のひとつのコイルＬ４とマイクロホンユニット５との接続点に接続されている。また、コイルＬ３の一端が、コイルＬ５とＬ６の接続点に接続され、コイルＬ３の他端はアースに接続されている。発振回路１で発振された高周波は、コンデンサー１４を経て共振コイル６に供給される。共振コイル６を構成するコイルＬ４にはマイクロホンユニット５の静電容量が直列に接続されている。コンデンサーマイクロホンユニット５は、振動板が受けた音波にしたがって振動することにより上記静電容量が変化し、電気信号に変換される。マイクロホンユニット５の静電容量と共振コイル６のインダクタンスによって共振回路を構成し、これに発振回路１で生成される高周波信号をバイアスとして加える。上記高周波はマイクロホンユニット５で電気音響変換された音声信号で位相変調される。この変調信号は、上記レシオ検波回路１０で復調され、マイクロホン出力端子ＯＵＴから出力される。

図１に示す実施例は、発振コイル１２と共振コイル６との結合手段がコンデンサー１４で構成されている点が特徴となっているが、このコンデンサー１４は、コンデンサーマイクロホンユニット５の構造の特徴を活かして構成されている点がさらに別の特徴となっている。以下、図２ないし図４を参照しながらコンデンサー１４の構成について説明する。

コンデンサーマイクロホンユニットは、周知のように、振動板と、この振動板に間隙をおいて対向配置した固定電極とを備えている。振動板が音波を受けて振動すると、振動板と固定電極との間の静電容量が変化し、電気信号として出力される。本発明は、振動板と固定電極との間で形成されるコンデンサーとは別に、固定電極を誘電体としてその表裏両面に電極を形成することによってコンデンサーを形成し、このコンデンサーを上記結合手段としてのコンデンサー１４としている。

図３、図４において、符号５１は振動板を、５３は固定電極保持体を、５４は固定電極をそれぞれ示している。振動板５１は、例えば、厚さ２μｍ程度のポリフェニレン・サルファイト（ＰＰＳ）からなる合成樹脂フィルムをベースとして、これに金などの導電金属膜を蒸着したものが用いられる。振動板５１は円形に形成されていて、その周縁部がリング状の振動板保持体５２に固着されることによって保持されている。振動板５１は振動板保持体５２で保持された状態で、リング状のスペーサを介在させて固定電極保持体５３に対向させて配置されている。固定電極保持体５３は誘電体からなり、円板状に形成されていて、振動板との対向面側には略全面にわたって固定電極５４が形成されている。この固定電極５４と振動板５１の間に、上記スペーサの厚さに相当する間隙が生じている。振動板５１は音波を受けて上記間隙内で振動することができ、振動に伴う固定電極５４と振動板５１との間の静電容量の変化を音声信号として出力することができる。この音声信号は、固定電極５４に接続されている端子５５と、振動板保持体５２に接続されている端子５８から出力される。図１に示すコンデンサーマイクロホンユニット５の出力端子は上記端子５５，５８である。

図２、図３に示すように、固定電極保持体５３の振動板５１との対向面とは反対側の面には、上記固定電極５４との間で、コンデンサーマイクロホンユニットのコンデンサーとして機能するコンデンサーとは別のコンデンサーを構成する電極が形成されている。以下、この別のコンデンサーを「第２コンデンサー」といい、上記固定電極５４形成面とは反対側に形成されて固定電極５４とともに第２コンデンサーを構成している電極を第２電極という。第２電極は、固定電極５４と同様に固定電極保持体５の略全面に形成して１個の第２コンデンサーを構成してもよいが、図示の実施例では第２電極が４分割されて形成されている。符号６１，６２，６３，６４はそれぞれ第２電極を示しており、これらの第２電極が一つの固定電極５４と対向することにより、４個の第２コンデンサーを構成している。図示の例では、固定電極保持体５の片面において互いに直交する十字状の線に沿って４分割された形になっていて、固定電極保持体５の外周から半径方向外側に対称形をなすように形成された突出部に、上記各第２電極６１，６２，６３，６４に電気的につながる端子７１，７２，７３，７４が形成されている。図示の例では、第２電極が４個に等分された形になっているが、第２電極の数すなわち第２コンデンサーの数は任意であり、また、複数の第２コンデンサーを形成する場合、複数の第２電極の面積をそれぞれ異ならせて複数の第２コンデンサーの静電容量を異ならせてもよい。

上記第２コンデンサーが、図１に示す回路例における結合コンデンサー１４に該当する。コンデンサー１４の静電容量は、回路の設計によって、あるいは個々の回路定数のばらつきなどによって最適値が異なることがあるので、第２電極につながる端子７１，７２，７３，７４を適宜選択して静電容量の値を設定することができる。図示の実施例では第２電極６１，６２，６３，６４の面積が互いに等しく、静電容量も等しいので、上記端子７１，７２，７３，７４の中から一つまたは複数を選択して静電容量を適宜設定することになる。

エレクトレットタイプのコンデンサーマイクロホンユニットの場合、固定電極５４の振動板５１との対向面側にエレクトレット層を形成する。

以上説明した実施例によれば、コンデンサーマイクロホンユニットの構成上の特長を活かし、誘電体からなる固定電極保持体５３の表裏両面に設けられた電極間で第２コンデンサーを構成し、この第２コンデンサーを、図１に示す回路例における結合手段としてのコンデンサー１４としているので、結合手段としてのコンデンサーを別途に設ける必要がなく、コンデンサーマイクロホンの小型化を図ることができる。

本発明に係るコンデンサーマイクロホンの実施例を示す回路図である。 上記実施例中のコンデンサーマイクロホンユニットを構成する固定電極保持体の片面側における電極パターンの例を示す正面図である。 上記固定電極保持体の他面側における電極パターンの例を示す正面図である。 上記固定電極保持体および振動板の部分を分解した状態で示す側面断面図である。 従来のコンデンサーマイクロホンの例を示す回路図である。

符号の説明

１ 発振回路
２ トランジスタ
３ 水晶振動子
５ コンデンサーマイクロホンユニット
６ 共振コイル
１０ 復調回路
１２ 発振コイル
１４ 結合手段としてのコンデンサー
５１ 振動板
５３ 固定電極保持体
５４ 固定電極
６１、６２、６３、６４ 第２電極

Claims (5)

1. 発振コイルおよび水晶振動子を備えた発振回路と、
   上記発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、
   上記共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、
   上記コンデンサーマイクロホンユニットは、固定電極保持体の一面側に形成された固定電極と、この固定電極に対向させて配置され音波を受けて振動する振動板を有してなり、上記固定電極と上記振動板の間の静電容量の変化を音声信号として出力するように構成され、
   上記結合手段は、誘電体からなる上記固定電極保持体の上記固定電極とこの固定電極形成面とは反対側でありかつ上記振動板とは反対側の面に設けられた電極との間で構成されているコンデンサーであることを特徴とするコンデンサーマイクロホン。
2. 固定電極保持体の表裏両面の電極のうち少なくとも片面側の電極は複数に分割され、分割された電極を選択することによって、結合手段であるコンデンサーの静電容量を変更することを可能にした請求項１記載のコンデンサーマイクロホン。
3. 分割されている複数の電極の面積は等しい請求項２記載のコンデンサーマイクロホン。
4. 分割されている複数の電極は、固定電極保持体の振動板との対向面とは反対側の面に形成されている請求項２記載のコンデンサーマイクロホン。
5. 復調回路はレシオ検波回路である請求項１記載のコンデンサーマイクロホン。
   

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