JP5006109B2 - コンデンサーマイクロホン - Google Patents
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Description
振動板は薄いフィルム状の部材の表面にリング状に電極がコーティングされて構成されており、その振動板と固定極との間は、通常の使用状態で良好な感度やS/Nが得られるよう、また高域周波数応答が適切に得られるように、予め数十ないし百ミクロン程度の間隙を有して対向配置されてコンデンサーが形成されている。そのコンデンサーを形成した振動板と固定極とは、振動板に入力された音を電気信号に変換して出力するので、一種の音響電気変換器を形成している。
インピーダンス変換器は、例えば電界効果トランジスタ(以下「FET」という)を主体に構成され、コンデンサーマイクロホンユニットにおける高出力インピーダンスを数百〜数千オーム程度の低出力インピーダンスに変換する。
そこで、コンデンサーマイクロホンユニットにおいて、大音響のような過大な音圧の入力があらかじめ予測される場合には、コンデンサーマイクロホンユニットの有効容量に並列に、別途減衰用コンデンサーを接続することで入力減衰器(以下「PAD」という)を構成し、感度低下を図ることで、インピーダンス変換器に供給される電気信号に歪が生じないような工夫が考えられている。
そのPADを用いたコンデンサーマイクロホンでは、予測される音圧の大きさにそれぞれ対応した減衰量を得るために、スイッチ操作により、複数個の減衰用コンデンサーを切換えて容量値を選択できるように構成されている。
また、接続された減衰用コンデンサーの品質によっては、音質が低下するので、高レベルの音質が要求されるスタジオ録音などで使用されるコンデンサーマイクロホンでは、良好な音質が得られる高品質の減衰用コンデンサーが必要とされる。
このように、PADを用いたコンデンサーマイクロホンでは、予測される音圧入力の大きさに対応して、スイッチ操作により減衰用コンデンサーの容量値を選択するので、スイッチの切換え操作ごとに音質が変化することがある。また、予め予測できないような過大な大音響が振動板に入力してしまうこともあり、インピーダンス変換器の出力信号における歪発生を避けることは容易でない。
しかしながら、振動板と固定極との間の間隙を予め大きく広げておいたのでは、感度低下とS/N特性の劣化は避けられない。また、振動板が過大な音圧を受けても、振動板が固定極に接触しないように強く張り渡したのでは、低周波領域での音質特性が損なわれることとなる。
そのコンデンサーマイクロホンは、振動板と固定極のいずれか一方にエレクトレット誘電体膜を設けてコンデンサーマイクロホンユニットを形成し、固定極に接続されるインピーダンス変換器は、カップリング(結合)コンデンサーを介してソースフォロワで動作するFETのゲートに接続した構成である。
そして、別途ファントム電源より供給される所定の電圧を、固定極または振動板に印加し、振動板と固定極とで形成されるコンデンサーの容量値を自動的に変化させて感度調整を行うものである(特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来のコンデンサーマイクロホンでは、振動板と固定極とで形成されたコンデンサーの容量(静電容量)変化、すなわち感度調整は、固定極または振動板に対する加電圧操作によるので、振動板における大音響の収音があってから感度調整の動作が開始され、実際に感度が低下するまでの間には時間遅れ(タイムラグ)が発生する。
したがって、その動作時間遅れが生じるために、大音響音圧の初めの立ち上がり領域の部分が、感度調整が受けられないまま電気信号に変換されてインピーダンス変換器に供給されてしまうという現象が発生する。
その結果、感度調整動作上の時間遅れに起因して、大音響音圧の初期の領域の大きな信号レベルがそのままインピーダンス変換器に供給され、歪んだ信号が出力されるという不具合が生ずる。
また、コンデンサーマイクロホンは、振動板に対向配置された固定極が、磁界の大きさに対応して伸縮可能な超磁歪素子に支持され、制御器がその超磁歪素子に磁界を形成する磁界コイルへの供給電流を制御するように構成されている。
したがって、制御器は、主マイクロホンの振動板が大音響を収音して振動するのに先立ち、その大音響を収音した副マイクロホンの出力信号レベルを検出し、その検出レベルが予め設定された基準値を超えたときに、フィードフォーワード制御により、界磁コイルに供給する電流量を制御して、超磁歪素子に加わる磁界の大きさを変化させることができる。
その結果、振動板が大音響を収音して振動するのに先立ち、制御器による界磁コイルに対する電流制御による超磁歪素子の厚み方向への縮小変形が可能であり、それにより固定極と振動板との間の間隙を広げることができるので、主マイクロホンが大音響を収音しても、振動板が固定極に接触して、出力信号に歪が生ずるのを回避できる。
図1は、本発明にかかるコンデンサーマイクロホンの一実施例を示した構成図である。
すなわち、図1において、符号1はエレクトレットコンデンサーマイクロホンユニットを主体として構成された主マイクロホンを、2は主マイクロホンに接続されたインピーダンス変換器、3は主マイクロホン1の前方に配置された副マイクロホン、4は副マイクロホン3に接続されて主マイクロホン1を制御する制御器を示している。
界磁コイル16によって形成される磁界の強さは、界磁コイル16に供給される直流電流量に対応して変化する。
固定極14を取り付け固定した円盤状の超磁歪素子15は、例えばテルビウム、ディスプロシウムおよび鉄からなる単結晶超磁歪素子であり、界磁コイル16によって形成される磁界の大きさに対応し、その厚み方向(図示矢印X方向)に形状伸縮可能に構成されている。
すなわち、超磁歪素子15に固定された固定極14は、振動板13との間に平行な間隔を保持しつつ、超磁歪素子15の厚み方向へ形状伸縮に対応して、振動板11との間の間隙(Δd)が変化するので、界磁コイル16によって形成される磁界の変化に対応した間隙(Δd)変化により、コンデンサーの容量値が変化する。
固定極14は、図1に示したように、主マイクロホンの出力端子となっていて、次に説明するインピーダンス変換器2に接続されている。
FET22のソースには直流電源23の正極が接続され、直流電源23の負極はアースに接続されている。
FET22のドレインには二つの負荷抵抗24,25が直列に接続され、上記ドレインが出力端子26に接続されている。負荷抵抗24,25の接続点とFET22のベースとの間にバイアス抵抗27が接続されている。
制御器4は、増幅回路41、比較回路42及び整流回路43で構成された信号レベル検出回路と、平滑コンデンサー44と抵抗45とからなる平滑回路並びに電圧電流変換回路46とで構成されている。
そこで、副マイクロホン3からの出力は、増幅回路41を介して比較回路42に供給され、比較回路42は、増幅回路41を介して供給された副マイクロホン3の出力電圧の信号レベルを検出するとともに、検出した信号レベルが予め設定された所定のレベル(基準値)以上かどうかを比較して判断する。
比較回路42が、増幅回路41からの信号レベルが所定のレベル以上であると判断した場合に、その信号レベルの出力電圧は整流回路43で整流された後、平滑コンデンサー44と抵抗45とからなる平滑回路で平滑化され、電圧電流変換回路46に供給される。
電圧電流変換回路46は、モータ制御や自動車の電子制御等に良く用いられる既知の回路からなり、信号レベル検出回路で検出され、平滑回路で平滑化された電圧を電流に変換して出力し、主マイクロホン1の界磁コイル16に供給する。
そこで、副マイクロホン3に所定の音圧以上の大音響が収音され、その検出信号レベルが予め設定された基準値を超えた場合は、その検出信号レベルに対応した直流電流が電圧電流変換回路46を介して上記界磁コイル16に供給される。
副マイクロホン3は、主マイクロホン1から音源方向の前方に所定間隔Dを有して配置されているので、副マイクロホン3は、主マイクロホン1の振動板13が大音響を収音して振動するのに先立って大音響を収音し、制御器4に供給する。
したがって、制御器4は、フィードフォーワート制御により、主マイクロホン1の振動板13が大音響を収音して振動するのに先立ち、超磁歪素子14自体が厚み方向で縮小変形し、固定極14と振動板13との間の間隙Δdが広がり、大音響により振動板13が固定極14に接触ないしは吸着するのを防止できる。
すなわち、空気中の音波の伝播速度は平均して340m/secであるから、この音波の伝播速度で大音響が間隔Dを伝播する時間の長さよりも、副マイクロホン3で収音された大音響が電気信号に変換され、その信号に基づき振動板13が固定極14に接触しないように超磁歪素子1が縮小変形するまでの時間の長さが短いことが要求される。
したがって、上記間隔Dは、制御器4における信号処理速度や主マイクロホン1の界磁コイル16や超磁歪素子15における応答動作速度とから割り出される。
また、その際、マイクロホンケース自体がアースを兼ねていて、主マイクロホン1の振動板13が電気的にマイクロホンケースに接続させることができる。
11 保持体
13 振動板
14 固定極
15 超磁歪素子
16 界磁コイル
2 インピーダンス変換器
21 カップリングコンデンサー
22 FET
3 副マイクロホン
4 制御器
42 比較回路
43 整流回路
46 電圧電流変換回路
Claims (3)
- 周縁部を保持体に支持された振動板と、この振動板とは間隙を有して対向配置された固定極と、この固定極を支持しつつ前記保持体に取り付けられた超磁歪素子と、この超磁歪素子に磁界を形成可能な界磁コイルを有する主マイクロホンと、
この主マイクロホンの前記固定極に接続されたインピーダンス変換器と、
前記主マイクロホンの前方に所定間隔を有して配置された副マイクロホンと、
この副マイクロホンに接続され、その副マイクロホンから出力される電気信号のレベルを検出し、その検出レベルが予め設定された基準値を超えたときに、前記界磁コイルに供給される電流を制御する制御器と
を具備し、
前記超磁歪素子は、前記制御器による制御により、前記固定極と前記振動板との間の間隔が広がるように変形することを特徴とするコンデンサーマイクロホン。 - 前記超磁歪素子は、前記制御器による制御により、厚み方向で縮小変形することを特徴とする請求項1に記載のコンデンサーマイクロホン。
- 前記制御器は、前記界磁コイルに対する電流制御により、前記超磁歪素子に支持された前記固定極と前記振動板とが接触しないように、前記超磁歪素子に形成される磁界の大きさを変化させるように構成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコンデンサーマイクロホン。
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