JP5574488B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、感度を調節できるコンデンサマイクロホンであって、より詳しくは、複数のコンデンサマイクロホンユニット間の感度のバラツキを調整できるコンデンサマイクロホンに関するものである。

エレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットは、対向配置された振動板と固定電極の少なくとも片方に、フロロエチレンポリマー（ＦＥＰ）等のエレクトレット材料を有していて、これをエレクトレット化して用いる。エレクトレット材料をエレクトレット化する方法として、例えば、特許文献１に示すように、コロナ放電を用いる方法が知られている。コロナ放電を発生させる装置として、一般的にコロトロンやスコロトロンが用いられている。これらの装置内で不平等電界が形成されることでコロナ放電が生じ負イオンが発生し、エレクトレット材料がこの負イオンにさらされることによってエレクトレット化が行われる。このようにしてエレクトレット化されたエレクトレット材料は、放電による表面電位のばらつきが生じるため、エレクトレット材料を使用するエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットにおいては、感度が１０％程度ばらつく。

一方、ステレオコンデンサマイクロホンや、可変指向性コンデンサマイクロホンなど、複数のコンデンサマイクロホンユニットによって構成されるコンデンサマイクロホンがある。こうしたコンデンサマイクロホンは、それぞれのコンデンサマイクロホンユニットの感度の設定が一定になされる必要があり、各コンデンサマイクロホンユニットの感度にバラツキがあると不都合が生じる。したがって、例えば、こうしたマイクロホンに、上述のエレクトレットコンデンサマイクロホンを適用する場合には、感度のばらつきの少ないユニット同士を選択し組み合わせるか、感度を調節する必要がある。しかし、多くのユニットの中から感度のばらつきの少ない複数のユニットを探すには多大な時間とコストがかかり、感度を調節するにしても、従来、簡易な調節手法は提案されていない。

また、コンデンサマイクロホンユニットの感度のバラツキの原因は、エレクトレット層の表面電位のばらつきのみが原因ではない。例えば、コンデンサマイクロホンユニットに用いる部材相互間の関係によって生ずる場合がある。従って、コンデンサマイクロホンユニットとして組立てた後に感度調整ができることがより望ましい。

そこで、特許文献２に記載の発明では、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットの固定極の背面近傍に先端側がある針状電極を有していて、この針状電極に印加される電圧によってエレクトレットを中和するイオンを発生させ、コンデンサマイクロホンユニットの感度を調節するコンデンサマイクロホンが開示されている。特許文献２によると、このコンデンサマイクロホンユニットは、エレクトレットを中和するイオンによって、マイクロホンユニットを組み立てた後でもコンデンサマイクロホンユニットの感度の調節を行うことができるとされている。

しかしながら、複数のコンデンサマイクロホンユニットに用いる場合において、特許文献２に記載のコンデンサマイクロホンユニットは、それぞれの感度の調節をそれぞれに針状電極を設けて行わなければならないため、構成が複雑になる。また、針状電極を複数設ける必要があるため、コンデンサマイクロホンユニットの製造コストが上昇する問題がある。さらに、複数のコンデンサマイクロホンユニットの感度を調節することは想定されていない。

特開平１１−１１７１７２号公報 特開２００８−１３１１６０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、複数のコンデンサマイクロホンユニットの感度の調節を単純な構成で容易にすることができ、特に感度のバラツキが大きいコンデンサマイクロホンユニットを使用する場合においても調節を容易にすることができるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明のコンデンサマイクロホンは、振動板と、この振動板に対向する固定電極を有し、振動板と固定電極の片方にエレクトレット層を有するエレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットを複数有するコンデンサマイクロホン、であって、複数のコンデンサマイクロホンユニットは、それぞれのコンデンサマイクロホンユニットの感度を変化させる感度調節手段を個別に有し、各感度調節手段は、電源と接地の間に接続された可変抵抗器で構成され、コンデンサマイクロホンユニットの振動板と固定電極のうちエレクトレット層に対向する側には、各コンデンサマイクロホンユニットに対応する可変抵抗器の摺動端子が接続されていて、複数のコンデンサマイクロホンユニットのうちの少なくとも２個がそれぞれ備える可変抵抗器は、連結されて１個の２連可変抵抗器を構成していて、２連可変抵抗器を構成する２個の可変抵抗器は、接地と電源とに対する接続の向きが互いに逆になっていることを最も主要な特徴とする。

本発明に係るコンデンサマイクロホンは、複数のコンデンサマイクロホンユニットが個別に有している感度調節手段としての可変抵抗器を調整することにより、各コンデンサマイクロホンユニットの振動板と固定電極のうちエレクトレット層に対向する側の電圧が変化して成極電圧が変化するため、各コンデンサマイクロホンユニットの感度を調節することができる。このように、可変抵抗器という簡単な構成部品によりかつ簡単な操作で、複数のコンデンサマイクロホンユニットの感度の調節を行うことができ、感度のばらつきが大きい複数のコンデンサマイクロホンユニットであっても、容易に感度調節を行うことができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンの実施例を示す断面図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンに適用可能な回路の一例を示す回路図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンに適用可能な回路の別の例を示す回路図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンに適用可能な回路のさらに別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の実施例について、図を用いて説明する。

図１に示すように、コンデンサマイクロホン１００１は、有底円筒状のコンデンサマイクロホンユニット１０、２０と、円筒状の筐体１０３の内部にある感度調節手段１、回路基板１０１と、円筒状の周壁に保護されたコネクタ部１０２を有している。図１において下から順に、コネクタ部１０２、回路基板１０１及び感度調節手段１、コンデンサマイクロホンユニット１０、２０が配置されている。コンデンサマイクロホンユニット１０、２０は、円筒状かつ音声を取り込むために網目状になっているマイクロホンカバー１００の中に収納されている。図示のようにマイクロホンカバー１００の上端（図１における上側）には、強化のための固定部材が設けていてもよい。感度調節手段１は、コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の内部にある振動板１１、２１に配線３０によって電気的に接続されている。なお、感度調節手段１は、上述の位置に限らず、適宜の設計思想に基づいて配置することができる。また、マイクロホンカバー１００、筐体１０３、コネクタ部１０２の周壁の形状は、上述のものに限らず適宜の設計思想に基づいて設計することが可能である。

筐体１０３の内部にある回路基板１０１には、例えば、電源回路や、図２に示すように、ＦＥＴあるいは真空管などを含むインピーダンス変換器１３、２３、バッファアンプ１５、２５などが組み込まれている。回路基板１０１の下方には、コンデンサマイクロンユニット１０、２０から得られる音声信号を外部に引き出し、電圧をコンデンサマイクロホンユニット１０、２０に印加することが可能になるようにコネクタ部１０２が設けられている。なお、後述するように、コンデンサマイクロホンユニット１０、２０と、感度調節手段１、回路基板１０１と、コネクタ部１０２は、それぞれ図２乃至４のように配線３０によって電気的に接続されている。

図１は、コンデンサマイクロホンユニット１０、２０を背中合わせに配置することによって、指向性を可変としたマイクロホンの例を示しているが、上記ユニット１０、２０を平行にまたは適宜の開き角度を持って左右に配置して、ステレオマイクロホンを構成してもよい。コンデンサマイクロホンユニット１００１の構成は、上述のものに限らず適宜の設計思想に基づいて構成可能である。例えば、各構成部品は、外部の電磁波からシールドされるように、シールド材で仕切られて配置されていると好ましい。また、コネクタ部１０２は図示のように、周囲をカバーされていると好ましい。

次に、本発明に用いられる回路の例について説明する。図２において、符号１０、２０は、それぞれコンデンサマイクロホンユニットを示している。コンデンサマイクロホンユニット１０は、振動板１１とこれに対向する固定電極１２を有し、振動板１１と固定電極１２でコンデンサを構成している。音波を受けて振動板１１が振動すると、上記コンデンサの容量が変化し、振動板１１と固定電極１２との間で電気音響変換されて音声信号が出力される。この出力信号は、ＦＥＴなどを含むインピーダンス変換器１３、バッファアンプ１５を経て、図１におけるコネクタ部１０２から外部へ出力されるようになっている。コンデンサマイクロホンユニット２０も同様に、振動板２１とこれに対向する固定電極２２を有し、音波を受けて振動板２１が振動すると、振動板２１と固定電極２２で構成されるコンデンサの容量が変化し、振動板１１と固定電極１２との間で電気音響変換されて音声信号が出力される。この出力信号は、ＦＥＴなどを含むインピーダンス変換器２３、バッファアンプ２５を経て、図１におけるコネクタ部１０２から外部へ出力されるようになっている。

一方のコンデンサマイクロホンユニット１０側のバッファアンプ１５の出力信号は、バランス出力される信号のホット側信号とされ、他方のコンデンサマイクロホンユニット２０側のバッファアンプ２５の出力信号は、バランス出力される信号のコールド側信号とされる。図１に示すコネクタ部１０２は、いわゆるＸＬＲとして規格化された３ピンのコネクタで、１番ピンはアース端子、２番ピンは上記ホット側信号端子、３番ピンは上記コールド側信号端子となっている。なお、ステレオマイクロホンの場合は、例えば左右チャンネルの信号を分けて平衡信号にし、いわゆるＸＬＲとして規格化された５ピンのコネクタで、１番ピンをアース、２番ピンをＬ（左）側ホット、３番ピンをＬ側コールド、４番ピンをＲ（右）側ホット、５番ピンをＲ側コールドとして出力されるように構成することができる。

２つのコンデンサマイクロホンユニット１０、２０は、それぞれのコンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度を変化させる感度調節手段１を有している。感度調節手段１は、電源Ｖｃｃと接地の間に接続された可変抵抗器１０４、１０５によって構成されている。上記二つの可変抵抗１０４、１０５は電源Ｖｃｃと接地の間に並列に接続され、コンデンサマイクロホンユニット１０の振動板１１には、可変抵抗器１０４の摺動端子が、コンデンサマイクロホンユニット２０の振動板２１には、可変抵抗器１０５の摺動端子が接続されている。各可変抵抗器１０４、１０５は、それらの摺動端子の位置に応じて電源Ｖｃｃの電圧を分圧し、これらの分圧された電圧を各振動板１１、２１に印加するように接続されている。なお、電源Ｖｃｃからの電圧は、回路基板１０１上の電源回路から供給され、電源Ｖｃｃは、インピーダンス変換器１３、２３、バッファアンプ１５、２５の電源と共通である。すなわち、電源Ｖｃｃは、図１に示すコネクタ１０２から、回路基板１０１上の電源回路を経て、感度調節手段１である可変抵抗器１０４、１０５に電圧を印加している。また、本実施例では感度調節手段１である可変抵抗器は２つ設けられているが、図１では１つに省略して図示している。

このように、この実施例では、各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の振動板１１、２１、固定電極１２、２２のうち、固定電極１２、２２がエレクトレット層を有していて、このエレクトレット層に対向する側、すなわち振動板１１、２１に、可変抵抗器１０４、１０５の摺動端子が接続されている。そして、可変抵抗器１０４、１０５は、それぞれの摺動端子が同じ向きに移動すると、振動板１１、２１に印加される電圧が同じ向きに上昇下降するように接続されている。

このように構成された図２に示す回路例において、２つのコンデンサマイクロホンユニット１０、２０相互間に感度差がある場合は、可変抵抗器１０４、１０５のうち少なくとも片方の可変抵抗器を調整することによって感度差をなくすことができる。例えば、コンデンサマイクロホンユニット１０側の感度がコンデンサマイクロホンユニット２０側よりも高い場合は、コンデンサマイクロホンユニット１０側の成極電圧が低くなるように可変抵抗器１０４を調節し、または、コンデンサマイクロホンユニット２０側の成極電圧が高くなるように可変抵抗器１０５を調節する。

ここで、具体的な電圧値を示して各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度調節の例を説明する。各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０において、目指すエレクトレット層の表面電位が−１００Ｖとし、電源Ｖｃｃの電圧が３０Ｖであるとすると、各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０のエレクトレットと対をなす側、すなわち本実施例では振動板１１、２１側の電位を０〜３０Ｖの間で可変することができる。したがって、成極電圧を±１５％の範囲で調整することができる。

本実施例によれば、各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０に可変抵抗器１０４、１０５を設け、エレクトレット層に対向する側に電圧を印加するとともに、この印加電圧を調整して各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の成極電圧を調整することができるようになっている。成極電圧を調整することにより、各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度を調整することができる。よって、可変抵抗器１０４、１０５を付加し、これらの可変抵抗器１０４、１０５の調節のみで感度調節が可能なため、簡単な構成で、かつ、簡単な操作で各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度を調整することができる。特に、複数のコンデンサマイクロホンユニットを備え、各コンデンサマイクロホンユニットの感度のばらつきをなるべく小さくする必要があるステレオマイクロホンや可変指向性マイクロホンなどにおいて有効である。

本発明に係るコンデンサマイクロホンにおいてコンデンサマイクロホンユニットの感度調節は、主としてマイクロホン製造工程中の調整工程で行うことを想定している。例えば、図１に示すコンデンサマイクロホン１００１の例のように、筐体１０３以外のコンデンサマイクロホン１００１を組み立たてた後、計測装置でマイクロホンユニット１０、２０の感度を計りつつ感度調節手段１を調整することで各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度を調整する。その後筐体１０３を取り付ける。あるいは、筐体１０３に孔を設けておき、その孔から治具によって上述のように感度調節手段１を用いて各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度を調整した後、筐体１０３に孔に蓋をする。このようにすることにより、コンデンサマイクロホンユニット１０、２０の感度の調整やその後のコンデンサマイクロホンの製品の出荷がスムーズになる。

なお、２つのコンデンサマイクロホンユニット１０、２０は、固定極１２がエレクトレット化されているエレクトレット型のものを用いてもよく、他のコンデンサマイクロホンユニットであってもよい。エレクトレット型のコンデンサマイクロホンは上述のように特に感度がばらつく傾向があるため、本発明のコンデンサマイクロホンの構成を適用すると好ましい。また、一つのコンデンサマイクロホン１００１に用いるコンデンサマイクロホンユニットは複数あればよく、数は任意である。

次に、図３に示す第２の実施例について説明する。図３に示す実施例は、図２に示す実施例における可変抵抗器１０４、１０５として、２連可変抵抗器を用いている。可変抵抗器１０４、１０５は、電源Ｖｃｃと接地との間に並列に接続されているが、各可変抵抗器１０４、１０５の接地と電源に対する接続の向きを互いにそれぞれ逆にしている。その他の回路構成は図２に示す実施例と同じであるから、説明は省略する。

図３に示す実施例によれば、２連可変抵抗器からなる可変抵抗器１０４、１０５の共通軸を操作すると、片方のマイクロホンユニットの振動板への印加電圧は上昇するのに対して他方のマイクロホンユニットの振動板への印加電圧は降下する。これに応じて、片方のマイクロホンユニットの成極電圧が上昇してそのユニットの感度が上昇するに対し、他方のマイクロホンユニットの成極電圧が降下してそのユニットの感度が低下する。したがって、２連可変抵抗器の調整軸を操作すると、必ず１点で双方のマイクロホンユニットの感度が一致し、１回の調節で双方のコンデンサマイクロホンユニットの感度差をなくすことができる。

次に、図４に示す第３の実施例について説明する。この実施例は、可変指向性コンデンサマイクロホンに本願発明の特徴である感度調節手段１を設けた例である。感度調節手段１の構成は、図２に示す感度調節手段１と同様の構成であり、各コンデンサマイクロホンユニット１０、２０に対応して設けられた可変抵抗器１０４、１０５を有している。マイクロホンユニット１０側は前側エレメント、マイクロホンユニット２０は後側エレメントになっていて、マイクロホンユニット２０には、インピーダンス変換器２３とバッファアンプ２５の間に、以下のような反転増幅器２４を含む指向性切り換え回路が組み込まれている。反転増幅器２４の反転入力端子にはインピーダンス変換器２３の出力信号が入力抵抗を介して入力されるが、上記入力抵抗は直列接続された二つの入力抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２からなる。反転増幅器２４の非反転入力端子は接地されている。反転増幅器２４の出力端子と反転入力端子の間には帰還抵抗が接続されているが、この帰還抵抗は直列接続された二つの帰還抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２からなる。反転増幅器２４のゲインは帰還抵抗と入力抵抗の比率で決まる。上記のように入力抵抗を二つの抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２で分割し、帰還抵抗を二つの抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２で分割し、これらの分割点及び非分割点を切り替え手段である切り換えスイッチ３０で切り換えることにより、平衡出力の片側の出力を切り換えて平衡出力信号の指向性を可変としている。上記二つの入力抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２と二つの帰還抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の値はすべて同一であるとして説明するが、設計思想に応じて異なった値に設定しても差し支えない。

切り換えスイッチ３０は５個の切り換え接点（固定接点）を有していて、可動接点はバッファアンプ２５の入力端子に接続されている。切り換えスイッチ３０の第１の切り換え接点２０１はインピーダンス変換器２３の出力端子に接続されている。切り換えスイッチ３０の第２の切り換え接点２０２は上記入力抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２の接続点に接続されている。切り換えスイッチ３０の第３の切り換え接点２０３は反転増幅器２４の反転入力端子に接続されている。切り換えスイッチ３０の第４の切り換え接点２０４は上記帰還抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２の接続点に接続されている。切り換えスイッチ３０の第５の切り換え接点２０５は反転増幅器２４の出力端子に接続されている。

このように、図４に示す実施例は、平衡出力の一方側の出力信号系に、入力抵抗と帰還抵抗を分割した反転増幅器２４と、この反転増幅器２４の上記入力抵抗と帰還抵抗の分割点を任意に選択して信号取り出し点を切り換える切り換え手段を設けたため、平衡出力信号の指向性を可変とすることができる。図４に示す実施例では、反転増幅器２４の入力抵抗と帰還抵抗の両方とも分割し、入力抵抗と帰還抵抗の分割点の全体の中から１点を選択して指向性を切り換えるようになっていたが、入力抵抗のみを分割してこれらの分割点の１点を選択するようにしても良いし、帰還抵抗のみを分割してこれらの分割点の１点を選択するようにしても良い。

しかしながら、入力抵抗のみあるいは帰還抵抗のみを分割し、分割点を選択するようにした場合、指向性の切り換え範囲が制限されるので、指向性の切り換えの範囲をより広くするのであれば、入力抵抗と帰還抵抗の両方とも分割して、分割点の１点を選択するようにすることが望ましい。また、上述の切り換え手段を、センタータップ付き可変抵抗器とし、この可変抵抗器のセンタータップより一方側が反転増幅器の入力抵抗、センタータップより他方側が反転増幅器の帰還抵抗にして、可変抵抗器のスライダが平衡出力の一方側の出力信号とすることでも平衡出力信号の指向性を可変とすることができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンの技術思想は、エレクトレットコンデンサマイクロホン以外にも適用可能であり、例えば、ＤＣバイアスコンデンサマイクロホンにも利用可能である。

１ 感度調節手段
１０ マイクロホンユニット
１１ 振動板
１３ インピーダンス変換器
１５ バッファアンプ
２０ マイクロホンユニット
２２ 振動板
２３ インピーダンス変換器
１００１ コンデンサマイクロホン

Claims (6)

1. 振動板と、上記振動板に対向する固定電極を有し、上記振動板と上記固定電極の片方にエレクトレット層を有するエレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットを複数有するコンデンサマイクロホン、であって、
   上記複数のコンデンサマイクロホンユニットは、それぞれのコンデンサマイクロホンユニットの感度を変化させる感度調節手段を個別に有し、
   上記各感度調節手段は、電源と接地の間に接続された可変抵抗器で構成され、
   上記各コンデンサマイクロホンユニットの振動板と固定電極のうち上記エレクトレット層に対向する側には、各コンデンサマイクロホンユニットに対応する上記可変抵抗器の摺動端子が接続されていて、
   上記複数のコンデンサマイクロホンユニットのうちの少なくとも２個がそれぞれ備える上記可変抵抗器は、連結されて１個の２連可変抵抗器を構成していて、
   上記２連可変抵抗器を構成する上記２個の可変抵抗器は、上記接地と上記電源とに対する接続の向きが互いに逆になっていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 上記各コンデンサマイクロホンユニットの固定電極がエレクトレット層を有し、上記各コンデンサマイクロホンユニットに対応する上記可変抵抗器の上記摺動端子は上記各コンデンサマイクロホンユニットの振動板に接続されている請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
3. 上記各コンデンサマイクロホンユニットの振動板がエレクトレット層を有し、上記各コンデンサマイクロホンユニットに対応する上記可変抵抗器の摺動端子は上記各コンデンサマイクロホンユニットの固定電極に接続されている請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 上記複数のコンデンサマイクロホンユニットが左右のチャンネルを受け持つように配置されてステレオマイクロホンを構成している請求項１、２または３に記載のコンデンサマイクロホン。
5. 上記複数のコンデンサマイクロホンユニットが背中合わせに配置されて各コンデンサマイクロホンユニットから平衡出力されるように接続され、切り換え手段により平衡出力を可変とすることによって可変指向性とした請求項１、２または３に記載のコンデンサマイクロホン。
6. 上記コンデンサマイクロホンユニットを２個備え、
   上記２個のコンデンサマイクロホンユニットが備える２個の上記可変抵抗器は、連結されて１個の上記２連可変抵抗器を構成している請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。

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