JP5201594B2 - コンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器に関するもので、特に、インピーダンス変換素子として真空管を用いたものにおいて、動作の安定化と音質の劣化をなくすことができるように改良したものである。

コンデンサマイクロホンは有効静電容量が小さく、出力インピーダンスが高いため、周波数応答を低周波数領域まで確保するために、コンデンサマイクロホンの出力信号を高い入力インピーダンスで受ける必要がある。また、コンデンサマイクロホンの出力信号を、ケーブルなどを経由して増幅器に入力するためには、コンデンサマイクロホンの出力インピーダンスを低くする必要がある。そこで、コンデンサマイクロホンには、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを持つインピーダンス変換器が内蔵されている。コンデンサマイクロホンに内蔵されているインピーダンス変換素子としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が広く用いられている。

コンデンサマイクロホンの音質をより高めるために、また、最大出力レベルを高めるために、インピーダンス変換素子として真空管を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、実施例の一つとして、プレート接地された増幅管と、この増幅管のグリッドに加えるバイアス電圧を発生するバイアス回路とを有するインピーダンス変換器において、上記バイアス回路が、上記増幅管のグリッドに向けて電流を流すようにバイアス電圧を上記グリッドに加える第１のダイオードと、第１のダイオードと逆向きにして並列に接続された第２のダイオードと、上記増幅管のカソードから負荷抵抗に向けて電流を流すようにカソードと負荷抵抗との間に接続された第３のダイオードとを備え、上記増幅管に流れるプレート電流によって第３のダイオードに発生する電圧を、第１、第２のダイオードを介して増幅管のグリッドにバイアス電圧として加えるようにしたインピーダンス変換器が記載されている。

上記増幅管のグリッドにコンデンサマイクロホンユニットで変換される音声信号を入力することにより、高入力インピーダンスのコンデンサマイクロホンの出力信号を、低出力インピーダンスの音声信号として出力することができる。
特許文献１に記載されている上記インピーダンス変換器は、三極管からなる真空管をカソードフォロワ接続することにより信号を出力するようになっている。カソードフォロワは、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを実現することができ、最大出力レベルを大きくすることができる。

特許文献１にはまた、別の実施例として、図２に示すように、カソードフォロワ接続された上記増幅管を第１の増幅管２とすると、第１の増幅管２とともにカスケード接続された第２の増幅管４を設けた例が記載されている。図２において、符号１Ａは上記第１のダイオード、１Ｂは第２のダイオード、１Ｅは第３のダイオード、１Ｄはコンデンサ、１００はコンデンサマイクロホンユニット、４Ａは入力端子、４Ｂはグランド側入力端子、４Ｃは直流の高電圧電源の入力端子、４Ｄは出力端子、４Ｅはグランド端子をそれぞれ示している。第２の増幅管４は三極管からなり、第１の増幅管２のカソードは第３のダイオード１Ｅを順方向に介して第２の増幅管４のプレートに接続され、小さな値の抵抗５が高電圧電源と第１の増幅管２のプレートとの間に接続されている。第１の増幅管２のプレートはコンデンサ６を介して第２の増幅管４のグリッドに接続されている。また、第２の増幅管４のグリッドとカソードとの間には抵抗７が接続されている。第２の増幅管４と抵抗７からなる回路は、定電流負荷として動作するようになっている。第２の増幅管４のカソードから出力信号を得るように、第２の増幅管４のカソードが出力端子４Ｄに接続されている。このように、特許文献１に記載されている上記実施例に係るインピーダンス変換器は、２つの増幅管２，４をカスケード接続することにより、出力インピーダンスをより低くすることを狙っている。

米国特許第６，４５３，０４８号公報

特許文献１に記載されている上記実施例に係るインピーダンス変換器における第１、第２の増幅管２，４は、カスケード接続されているため双方の増幅管２，４に流れる電流は同じで、この電流は第３のダイオード１Ｅによって規定される。しかしながら、真空管からなる増幅管２，４は特性のばらつきが大きく、出力端子４Ｄから取り出される出力信号の電位を一定に保つことは困難であることがわかった。また、第１の増幅管２のカソードとヒータとの電位差が大きくなって両者間の絶縁が破壊し、雑音が発生するという不具合も生じる。さらに、上記のように三極管からなる第１、第２の増幅管２、４は特性のばらつきが大きいことから、第１の増幅管２のプレート−カソード間を流れる電流にばらつきを生じ、第３のダイオード１Ｅで増幅管２に一定の電圧のバイアスを加えても、そのプレート電流がばらつき、出力信号がばらつくことがわかった。
第２の増幅管４を付加することにより、これにもヒータ電流を供給する必要があり、消費電力が増大する難点もある。

本発明は、特許文献１に記載されている技術の問題点を解消することを目的とする。すなわち、インピーダンス変換素子として真空管を用いたものにおいて、この真空管のプレート電流のばらつきを抑えることができ、上記真空管のカソード−ヒータ間の絶縁破壊の恐れがなく、それによる雑音の発生もなく、良好な音質を維持しながら消費電力を抑制することができるコンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器を提供することを目的とする。

本発明に係るインピーダンス変換器は、コンデンサマイクロホンユニットの出力信号がグリッドに入力されカソードフォロワ出力される真空管と、この真空管とカスケード接続され上記真空管に流れる電流を規定するＦＥＴと、上記真空管のグリッドにバイアス電圧を加えるバイアス回路と、を備え、上記バイアス回路は、上記真空管のグリッドにバイアス電圧を加える第１のダイオードと、第１のダイオードに並列かつ逆向きに接続された第２のダイオードと、これら第１、第２のダイオードを経て上記真空管のグリッドに一定のバイアス電圧を加えるバイアス抵抗と、を有する固定バイアス回路であることを最も主要な特徴とする。

真空管とＦＥＴとのカスケード接続に、真空管のプレート電流制御用の抵抗を接続するとなおよい。

本発明に係るコンデンサマイクロホンは、インピーダンス変換器として、上記のように構成された本発明に係るインピーダンス変換器を備えていることを特徴とする。

本発明に係るコンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器によれば、インピーダンス変換素子としての真空管とともにＦＥＴをカスケード接続することにより、ＦＥＴが定電流ダイオードと同様の働きをし、真空管のプレート電流のばらつきを抑制することができる。
インピーダンス変換素子としての真空管のプレート電流を規定する素子を、真空管ではなくＦＥＴを使用したことにより、真空管を使用した場合のようなカソードとヒータ間の高い電位差による絶縁破壊の問題がなくなり、絶縁破壊による雑音の問題も解消する。また、インピーダンス変換素子としての真空管のプレート電流を規定する素子を、真空管からＦＥＴに代替することを実現したことによって、ヒータで消費される電力分だけ電力消費を軽減することができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器の実施例を示す回路図である。 従来のコンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器の例を示す回路図である。

以下、本発明に係るコンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１において、符号１０はコンデンサマイクロホンユニットを示し、符号２０を付したブロックはインピーダンス変換器を示している。コンデンサマイクロホンユニット１０を構成する二つの電極は、それぞれインピーダンス変換器２０の入力端子１１とグランド入力端子１２に接続されている。上記入力端子１１から入力されるコンデンサマイクロホンユニット１０の出力信号は、結合コンデンサＣ１を経て真空管３０のグリッドに入力される。真空管３０は三極管からなりインピーダンス変換素子として動作する。真空管３０のプレートには、直流の高電圧電源（例えば、１２０Ｖ）Ｖｂがインピーダンス変換器２０の電源端子２５から抵抗Ｒ８を介して印加される。

真空管３０はカソードフォロワ出力するように接続され、また、ＦＥＴ３５とともにカスケード接続されている。より具体的には、真空管３０のカソードはＦＥＴ３５のドレインに、ＦＥＴ３５のソースは真空管３０のプレート電流制御用の抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されている。真空管３０のプレートとＦＥＴ３５のベースとの間にはコンデンサＣ３が接続され、ＦＥＴ３５のベースとグランドとの間には抵抗Ｒ９が接続されている。真空管３０のカソードからインピーダンス変換出力信号が出力され、この出力信号は電解コンデンサＣ６およびインピーダンス変換器２０の出力端子２３を経て出力されるようになっている。

真空管３０のグリッドには、以下に述べるようなバイアス回路によってバイアス電圧が加えられる。高電圧電源Ｖｂとグランドとの間に直列接続された分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３によって電源Ｖｂの電圧が分圧され、この分圧点はバイアス抵抗Ｒ７とダイオードＤ３およびダイオードＤ４を介して真空管３０のグリッドに接続されている。ダイオードＤ３およびダイオードＤ４は、それぞれ直列接続された２個のダイオードからなり、互いに逆向きにして並列に接続されている。ダイオードＤ３のカソード、ダイオードＤ４のアノードが抵抗Ｒ７に、ダイオードＤ３のアノード、ダイオードＤ４のカソードが真空管３０のグリッドに接続されている。抵抗Ｒ７とダイオードＤ３、Ｄ４の接続点をＡ点とすると、このＡ点と真空管３０のカソードとの間に電解コンデンサＣ４が接続されている。ダイオードＤ３を第１のダイオードとし、ダイオードＤ４を第２のダイオードとする。上記分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３による分圧点の電圧は、バイアス抵抗Ｒ７を経て、さらに第１のダイオードＤ３または第２のダイオードＤ４を経て真空管３０のグリッドに加えられる。分圧抵抗Ｒ３にはコンデンサＣ５が並列に接続されている。

前記電源Ｖｂとグランドとの間には可変抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５が直列に接続され、可変抵抗Ｒ４の可変端子は抵抗Ｒ６、結合コンデンサＣ２を経て上記Ａ点に接続されている。前記入力端子１１と、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ２の接続点との間には、ダイオードＤ１とダイオードＤ２が並列にかつ互いに逆向きに接続されている。ダイオードＤ１とダイオードＤ２はともに直列接続された２個のダイオードからなる。ダイオードＤ１は入力端子１１側がアノード、ダイオードＤ２は入力端子１１側がカソードである。ダイオードＤ１とダイオードＤ２は、コンデンサＣ１，Ｃ２を境にしてダイオードＤ３とダイオードＤ４と同様に接続されている。可変抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、Ｒ６、ダイオードＤ１，Ｄ２からなる回路はマイクロホンユニット１０に直流電圧を印加するための回路である。結合コンデンサＣ１，Ｃ２は、上記直流電圧が真空管３０のグリッドに印加されることを遮断する役割を持っている。

インピーダンス変換器２０の出力側には、すでに説明した電源端子２５、出力端子２３のほかに、もう一つの出力端子２２、ヒータ電源入力端子２４、グランド出力端子２１を備えている。上記出力端子２２およびグランド出力端子２１はインピーダンス変換器２０内においてグランドに接続されている。インピーダンス変換器２０内において、ヒータ電源入力端子２４とグランド端子との間に真空管３０のヒータ３１が接続され、電源端子２５とグランドとの間にコンデンサＣ７が接続されている。

インピーダンス変換器２０の外側には、例えばマイクロホンケースなどに収められたトランス４０が配置され、トランス４０の一次巻線４１の両端はそれぞれ出力端子２３と出力端子２２に接続されている。トランス４０の二次巻線４２の両端はそれぞれマイクロホンコネクタ５０のコールド側端子、ホット側端子に接続されている。インピーダンス変換器２０のグランド出力端子２１は上記マイクロホンコネクタ５０のグランド端子に接続されている。マイクロホンコネクタ５０の上記コールド側端子、ホット側端子およびグランド端子によって平衡出力されるようになっている。前記電源端子２５および上記ヒータ電源入力端子２４もマイクロホンコネクタ５０の対応する各端子に接続されている。マイクロホンコネクタ５０にはマイクロホンコード側のコネクタが結合され、マイクロホンコードを介して高電圧電源およびヒータ電源が供給され、その一方では、マイクロホンで変換された音声信号がマイクロホンコードを介して平衡出力されるようになっている。

以上説明した実施例によれば、高出力インピーダンスのコンデンサマイクロホンユニット１０の出力信号が、カソードフォロワ接続された高入力インピーダンスの真空管３０のグリッドに入力される。真空管３０はカソードフォロワ出力されることにより、出力インピーダンスは低インピーダンスとなる。

ダイオードＤ３，Ｄ４は以下のようにして真空管３０にバイアス電圧を与える。すなわち、結合点Ａに発生するバイアス電圧をＶｃ、その時の真空管３０のグリッド電圧をＶｄとする。グリッド電圧Ｖｄがバイアス電圧Ｖｃよりも低くなるように変動したとすると、ダイオードの静特性の中で、順方向の電圧・電流特性によってダイオードＤ３に電流が流れ、ダイオードＤ３によって電圧降下Ｖｆが発生する。グリッド電圧Ｖｄはバイアス電圧ＶｃよりもＶｆ分だけ低くなるため、バイアス電圧Ｖｃが浅くなり、真空管３０のプレート電流が増加し、バイアス電圧Ｖｃが大きくなる。これにより、グリッド電圧Ｖｄの変動分が抑えられ、ダイオードＤ３の電流が減少する。この動作はダイオードＤ３に電流が流れなくなるまで続く。その結果、ダイオードＤ３の電流がゼロ、したがってダイオードＤ３の電圧降下Ｖｆがゼロになるようにグリッド電圧Ｖｄの変動が収束し、グリッド電圧Ｖｄがバイアス電圧Ｖｃに等しくなる。

逆に、グリッド電圧Ｖｄがバイアス電圧Ｖｃよりも高くなるように変動したとすると、第２のダイオードＤ４が上記の場合の第１のダイオードＤ３と同様に動作して、グリッド電圧Ｖｄの変動が収束し、グリッド電圧Ｖｄがバイアス電圧Ｖｃに等しくなる。すなわち、真空管３０のグリッド電圧とカソード電圧はほぼ等しくなる。
結果的に、第１、第２のダイオードＤ３，Ｄ４は、交流に対して端子間の電位差がゼロ付近で動作して端子間の電圧降下はゼロであり、実質的にダイオードＤ３，Ｄ４の代わりに高抵抗を接続したのと等価になる。
換言すれば、真空管３０のバイアス回路は、互いに逆向きにして並列に接続された第１、第２のダイオードＤ３，Ｄ４と、バイアス抵抗Ｒ７によって構成され、真空管３０のグリッドに一定のバイアス電圧を加える固定バイアス回路を構成している。

上記真空管３０のグリッド電圧とカソード電圧は、高電圧電源Ｖｂを分圧抵抗Ｒ２とＲ３で分圧して与えており、これによって上記グリッド電圧とカソード電圧を一定に保つことができ、カソード電位の変動を原因とする雑音の発生を防止することができる。
また、ＦＥＴ３５のソースとグランドとの間に接続されているプレート電流制御用の抵抗Ｒ１が、真空管３０のプレート電流を規定し、抵抗Ｒ１を調整することによって上記プレート電流を制御することができるため、上記プレート電流のばらつきを抑制することができる。

マイクロホンユニット１０からの音声信号は真空管３０を通るので音質の劣化がない。この真空管３０とともにカスケード接続されて真空管３０に流れる電流を規定する回路素子として真空管の代わりにＦＥＴを採用したことにより、高い音質を維持しながら、真空管のヒータによって消費される電力量を軽減することができる。

第１、第２のダイオードＤ３，Ｄ４は、それぞれ２個のダイオードを直列に接続することによって構成されているが、第１、第２のダイオードＤ３，Ｄ４それぞれを構成するダイオード数は任意である。それぞれ１個のダイオードまたは３個以上のダイオードの直列接続で構成してもよい。
図示の実施例では、コンデンサマイクロホンユニット１０に電圧を印加するために、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ１，Ｃ２からなる電圧印加回路を備えているが、エレクトレット型のコンデンサマイクロホンユニットの場合、上記電圧印加回路は不要である。

本発明に係るコンデンサマイクロホンおよびそのインピーダンス変換器は、インピーダンス変換素子として真空管を用いることにより、音質にこだわるマイクロホンユーザに推奨することができる。

１０ コンデンサマイクロホンユニット
２０ インピーダンス変換器
３０ 真空管
３５ ＦＥＴ
４０ トランス
Ｄ３ 第１のダイオード
Ｄ４ 第２のダイオード
Ｒ１ プレート電流制御用抵抗
Ｒ２ 分圧抵抗
Ｒ３ 分圧抵抗

Claims (6)

1. コンデンサマイクロホンユニットの出力信号がグリッドに入力されカソードフォロワ出力される真空管と、
   上記真空管とカスケード接続され上記真空管に流れる電流を規定するＦＥＴと、
   上記真空管のグリッドにバイアス電圧を加えるバイアス回路と、を備え、
   上記バイアス回路は、上記真空管のグリッドにバイアス電圧を加える第１のダイオードおよび第１のダイオードに並列かつ逆向きに接続された第２のダイオードと、これら第１、第２のダイオードを経て上記真空管のグリッドに一定のバイアス電圧を加えるバイアス抵抗と、を有する固定バイアス回路であるコンデンサマイクロホンのインピーダンス変換器。
2. 真空管とＦＥＴとのカスケード接続に、上記真空管のプレート電流制御用の抵抗が接続されている請求項１記載のコンデンサマイクロホンのインピーダンス変換器。
3. 真空管のグリッドに加えられるバイアス電圧は、直流高圧電源から分圧抵抗によって分圧される電圧である請求項１記載のコンデンサマイクロホンのインピーダンス変換器。
4. 真空管は三極管である請求項１記載のコンデンサマイクロホンのインピーダンス変換器。
5. コンデンサマイクロホンユニットと、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを持ち上記コンデンサマイクロホンユニットの出力信号を入力とするインピーダンス変換器を備えたコンデンサマイクロホンであって、
   上記インピーダンス変換器は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインピーダンス変換器であるコンデンサマイクロホン。
6. インピーダンス変換器の出力信号は、トランスを介して平衡出力される請求項５記載のコンデンサマイクロホン。

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