JP5389700B2 - コンデンサーマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、出力回路にエミッターフォロワー接続を用いるコンデンサーマイクロホンに関するものであって、トランスを用いることなく最大出力レベルを高くすることができる出力回路に特徴を有するものである。

コンデンサーマイクロホン等の電源供給方式はＥＩＡＪ規格（ＲＣ−８１６２Ａ）において規定されている。このＥＩＡＪ規格はファントム電源に関するものであって、その供給電圧は３種類（１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ）が定められている。
したがって、コンデンサーマイクロホンにファントム電源を用いたとき、コンデンサーマイクロホンの出力における最大振幅は４８Ｖ_ｐ−ｐが限界となる。

そこで、コンデンサーマイクロホンの出力を大きくするために、その出力回路にトランスを用いることがある。出力回路にトランスを用いることが不適なときは、トランスを用いることなく出力回路を構成したトランスレス出力回路が採用される。
一般にトランスレス出力回路にはトランジスタによるエミッターフォロワー回路が用いられる。これは出力インピーダンスを低くすることができるからである。

ここで、トランスレス出力回路を用いた従来のコンデンサーマイクロホンの例について図４を用いて説明する。図４において、符号１はコンデンサーマイクロホンユニットを示しており、一方の出力端子はインピーダンス変換器２に接続され、他方の端子はファントム電源３のマイナス極に接続されている。

出力回路を構成するエミッターフォロワー接続されたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースには、それぞれコンデンサーマイクロホンユニット１の出力端子がコンデンサーを介して接続されている。
コンデンサーマイクロホンユニット１への電源を供給するファントム電源３は、そのプラス極は供給抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッターに接続されている。
したがって、上記供給抵抗Ｒ１、Ｒ２は、エミッターフォロワー接続された各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の負荷抵抗でもある。

各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッターには、図示しない出力端子が接続され、これら出力端子からマイクロホンユニット１で変換された音声信号が平衡出力されるようになっている。
ちなみに、ファントム電源３の電圧が４８Ｖの場合、供給抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は６．８ｋΩで、その偏差は０．４％以内と規定されている。

コンデンサーマイクロホンユニット１の出力を平衡出力とするために、ホット側（Ｔｒ１側）とコールド側（Ｔｒ２側）のエミッターフォロワー回路のコレクターは結合されている。各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクターは交流的に接地する必要があるので、比較的耐圧が高く静電容量が大きいコンデンサ（コンデンサＣ３）を介してファントム電源３のマイナス極に接続されている。

このように、従来のトランスレス出力回路を用いたコンデンサーマイクロホンは、エミッターフォロワー接続をした二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２で出力回路を構成し、結合された上記トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクターをファントム電源３のマイナス極に接続させる大型のコンデンサーＣ３の両端に生じる電圧をもって、インピーダンス変換器２を動作させる電源としている。

図４に示すインピーダンス変換器２は、バイアス用の抵抗やダイオードを内蔵するバイアス内蔵型ＦＥＴによって構成されている。

ファントム電源３から供給される電圧は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２からなる出力回路であるエミッターフォロワー回路を動作させるために必要な電圧と、コンデンサーマイクロホンユニットに接続するインピーダンス変換器２を動作させるために必要な電圧によって分圧される。

コンデンサーマイクロホンの最大許容入力音圧レベルは、主に出力回路における信号振幅によって制限される。
このためエミッターフォロワー回路を動作させる電圧と、コンデンサーマイクロホンユニットに接続するインピーダンス変換器２を動作させる電圧の、どちらもが高い電圧であることが望ましい。このためのトランスレス出力回路を備えたコンデンサーマイクロホンにおいては、上記２つの電圧の値が適正な値となるように設計されている。

ここで、ファントム電源３が４８Ｖで給電する場合を例にして、従来のトランスレス出力回路の課題について説明をする。
ファントム電源３の供給抵抗Ｒ１、Ｒ２（ともに抵抗値は６．８ｋΩ）の両端電圧と出力回路であるエミッターフォロワー回路の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッター端子とコレクター端子間の電圧と、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクターに接続されたコンデンサーＣ３の端子間の電圧（インピーダンス変換器３の動作電圧）はほぼ同じ電圧となるので、ファントム電源３の電圧が４８Ｖであれば、上記のそれぞれの電圧は概ね２４Ｖとなる。
そうすると、図４に示した従来の出力回路では、最大の出力レベルが２４Ｖ_Ｐ−Ｐとなり、その最大許容入力音圧レベルは１８．７ｄＢＶとなる。

仮に図５に示すエミッターフォロワー接続による出力回路を用いることができれば、その出力レベルは最大にすることができる。図５はコンデンサーマイクロホンのトランスレス出力回路において、入力側（コンデンサーマイクロホンユニット等）を省略した図である。図５のエミッターフォロワー接続回路は、図４に示したエミッターフォロワー接続回路部分と同様の構成を成している。
図５に示した出力回路によれば、ファントム電源３から供給される電圧（４８Ｖ）が、供給抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端電圧とトランジスタＴｒ１、トランジスタＴｒ２のエミッター端子とコレクター端子間の電圧によって分圧される。

したがって、図５においては図示しない出力端子が接続される出力点Ｃ，Ｄにおけるそれぞれの出力最大振幅は概ね２４Ｖずつまでとれることになる。よって、図５のような出力回路であれば、最大出力レベルは概ね４８Ｖ_Ｐ−Ｐとなり、その最大許容入力音圧レベルは約２４．７６ＢＶとなる。

しかし、図５に示した出力回路では、図４に示した出力回路とは異なり、マイクロホンユニット１の後段に接続されるインピーダンス変換器２（図１参照）を動作させる電源を供給することができない。つまり、図５の出力回路ではインピーダンス変換器を用いることができなくなる。

以上述べたような技術的課題、すなわちコンデンサーマイクロホンにおいてインピーダンス変換器の動作電圧を確保しつつ、最大出力レベルを大きくするという課題を解決することを目的とした先行技術文献は見つからなかったが、本発明に関連のある先行技術文献として特許文献１を挙げることができる。特許文献１記載の発明は、コンデンサーマイクロホンユニットが備えるインピーダンス変換器と出力トランスとの間に電流増幅用のエミッターフォロワーのトランジスタを接続したコンデンサーマイクロホンに関するものである。

特開２００６−３５２６２２号公報

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、トランスレス出力回路を備えたコンデンサーマイクロホンにおいて、大型のコンデンサーを用いることなくインピーダンス変換器を動作させる電圧を確保することで、最大出力レベルを高くすることができる出力回路に特徴を有す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、出力回路にエミッターフォロワー接続を用いるコンデンサーマイクロホンに関するものであって、出力回路は、マイクロホンユニットの一方の出力端に接続される一つのエミッターフォロワー接続回路と、マイクロホンユニットの他方の出力端に接続される他のエミッターフォロワー接続回路とを有してなり、一つのエミッターフォロワー接続のトランジスタが、インピーダンス変換器を構成するＦＥＴの直後に備わり、トランジスタのエミッター端子には定電圧回路が備わり、定電圧回路から供給される電圧によってインピーダンス変換器を構成するＦＥＴを動作させていて、二つのエミッターフォロワー接続回路のトランジスタのエミッターから、マイクロホンユニットから出力される信号が平衡出力されることを主な特徴とする。

また本発明は、上記のコンデンサーマイクロホンにおいて、出力回路はマイクロホンユニットの一方の出力端に接続される一つエミッターフォロワー接続回路と、マイクロホンユニットの他方の出力端に接続される他のエミッターフォロワー接続回路を有してなり、二つのエミッターフォロワー接続回路のトランジスタのエミッターから、マイクロホンから出力される信号が平衡出力されることを特徴とする。

また本発明は、上記のコンデンサーマイクロホンにおいて、定電圧回路は、ダイオードで構成されており、ダイオードのカソードはトランジスタのエミッター端子に接続され、ダイオードのアノードはファントム電源の供給抵抗に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、トランスレス出力回路を用いるコンデンサーマイクロホンにおいて、出力エミッターフォロワー回路のエミッター端子に定電圧回路を直列に接続し、この定電圧回路からインピーダンス変換器への動作電源を供給することで、大型のコンデンサーを用いることなく、小型の出力回路で出力レベルを高くすることができるようになる。
また、本発明によれば、回路雑音に強く、低域における周波数応答のよいコンデンサーマイクロホンを得ることができる。

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。 上記実施例の入力レベル（ｄＢＶ）と出力信号の歪率（％）の関係を測定した結果を示すグラフである。 上記実施例の周波数（Ｈｚ）と入力レベル（ｄＢＶ）の関係を測定した結果を示すグラフである。 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。 コンデンサーマイクロホンの出力回路の例を示す回路図である。

本発明に係るコンデンサーマイクロホンの実施の形態について図１を参照しながら説明する。
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示しており、このマイクロホンユニット１の一端はインピーダンス変換器２に、他端はファントム電源３のマイナス極に接続されている。

ファントム電源３のプラス極は、供給抵抗Ｒ１とダイオードＤ１を介してトランジスタＱ１のエミッターに接続され、また、供給抵抗Ｒ２とダイオードＤ２を介してトランジスタＱ２のエミッターに接続されている。
したがって、上記供給抵抗Ｒ１、Ｒ２は、エミッターフォロワー接続された各トランジスタＱ１、Ｑ２の負荷抵抗でもある。
各トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッターには、図示しない出力端子が点線円Ａ、Ｂに示す箇所に接続され、これら出力端子からマイクロホンユニット１で変換された音声信号が平衡出力されるようになっている。
ちなみに、ファントム電源３の電圧が４８Ｖの場合、供給抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は６．８ｋΩで、その偏差は０．４％以内と規定されている。

トランジスタＱ１のエミッター端子と供給抵抗Ｒ１の間に接続されているダイオードＤ１は定電圧回路を構成する。このダイオードＤ１の抵抗値は概ね１ｋΩ程度であるので、その両端に生じる電圧降下は０．７Ｖ程度である。この電圧が抵抗Ｒ３を介してインピーダンス変換器２を構成するＦＥＴのアノード−カソード間に印加されることで、インピーダンス変換器２は動作することができる。

図１に示すインピーダンス変換器２は、バイアス用の抵抗やダイオードを内蔵するバイアス内蔵型ＦＥＴによって構成されている。

このように、エミッターフォロワー接続による出力回路のエミッター端子とファントム電源３の供給抵抗Ｒ１との間にダイオードＤ１を直列的に接続させ、このダイオードＤ１に並列的にインピーダンス変換器２を接続させることで、ダイオードＤ１で生じるわずかな電圧降下分に係る電圧をもって、インピーダンス変換器２を動作させることができるようになる。

また、ダイオードＤ１における電圧降下は、ファントム電源２の供給電圧が４８Ｖであっても、０．７Ｖ程度であるので、出力端Ａにおける最大振幅は概ね２４Ｖにすることができるようになる。

また、図１に示したコンデンサーマイクロホンは平衡出力であるので、トランジスタＱ１をもって構成されるエミッターフォロワー接続と対象となるエミッターフォロワー接続回路をトランジスタＱ２によって構成し、供給抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２のエミッター端子の間に他方の出力端Ｂを設けるようにしている。

このように、本発明に係るコンデンサーマイクロホンによれば、図５に示した出力回路とほぼ同等の出力回路を構成することができるので、最大の出力幅を従来に比べて大きくすることができるようになる。

図１に示す実施例によれば、前述のようにトランスレス出力回路を用いながら、最大の出力レベルを従来に比べて大きくすることができ、最大許容入力音圧レベルも高くすることができる。

図２は、図１に示す実施例の、入力レベル（ｄＢＶ）と出力信号の歪率（％）の関係を測定した結果を示す。グラフＧ１は、本実施例に係るコンデンサーマイクロホン１０を電源電圧４８Ｖで動作させた場合の例である。図２に示すように、「歪み率が１％」を音声品質の許容基準上限とした場合、最大出力レベルは約２１．３ｄｂＶとなる。よって従来の出力回路を備えたコンデンサーマイクロホン（図５参照）の最大出力レベル（約１８．７ｄＢＶ）よりも、本実施例に係るコンデンサーマイクロホンの方が最大出力レベルを大きくすることができる。

図３は、図１に示す実施例の、周波数（Ｈｚ）と入力レベル（ｄＢＶ）の関係を測定した結果を示す。
図３においてグラフＧ３は、入力インピーダンス１００ｋΩの測定器を用いた開放電圧感度の測定結果である。入力レベルが３０ｄＢＶ、コンデンサーマイクロホンユニットの静電容量が１８ｐＦにおいて、周波数を２０Ｈｚから２００ｋＨｚに推移させたとき、静電容量の変動は０．４ｐＦ程度である。
グラフＧ４は、６００Ωの負荷をかけて測定した例であって、グラフＧ４によれば、本実施例に係るコンデンサーマイクロホンの出力インピーダンスは４４Ωになり、十分に小さい。したがって、本実施例に係るコンデンサーマイクロホンによれば、実用的なコンデンサーマイクロホンを得ることができる。

１ コンデンサーマイクロホンユニット
２ インピーダンス変換器
３ ファントム電源

Claims (2)

1. マイクロホンユニットと、
   インピーダンス変換器と、
   出力回路と、
   を備えるコンデンサーマイクロホンであって、
   上記出力回路は、上記マイクロホンユニットの一方の出力端に接続される一つのエミッターフォロワー接続回路と、上記マイクロホンユニットの他方の出力端に接続される他のエミッターフォロワー接続回路とを有してなり、
   上記一つのエミッターフォロワー接続回路のトランジスタが、インピーダンス変換器を構成するＦＥＴの直後に備わり、
   上記トランジスタのエミッター端子には定電圧回路が備わり、
   上記定電圧回路から供給される電圧によって上記インピーダンス変換器を構成するＦＥＴを動作させていて、
   上記二つのエミッターフォロワー接続回路のトランジスタのエミッターから、上記マイクロホンユニットから出力される信号が平衡出力される、
   ことを特徴とするコンデンサーマイクロホン。
2. 上記定電圧回路は、ダイオードで構成されており、
   上記ダイオードのカソードは上記一つのエミッターフォロワー接続回路のトランジスタのエミッター端子に接続され、
   上記ダイオードのアノードはファントム電源の供給抵抗に接続されていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサーマイクロホン。

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