JP5631256B2 - コンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、出力信号レベルのばらつきを小さくすることができるコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンに関するものである。

音波を受けて振動する振動板と固定極とを、スペーサを介して対向配置し、振動板と固定極との間に上記スペーサの厚みに相当する間隔をおいたコンデンサマイクロホンユニットおよびこのユニットを用いたコンデンサマイクロホンが知られている。上記振動板と固定極はコンデンサの電極を構成している。音波を受けて上記振動板が振動すると、この振動板と上記固定極との間隔が変動することによって振動板と固定極との間の静電容量が変動する。この静電容量の変化は音波に対応しているため、音声信号として出力することができ、こうして電気音響変換が行われる。

コンデンサマイクロホンユニットは、個体ごとの感度のばらつきすなわち出力レベルのばらつきが大きいという難点がある。感度のばらつきが生じる要因は、電極間電圧すなわち上記振動板と固定極との間の電圧のばらつき、振動板と固定極との間隔のばらつき、振動板と固定極の歪みなどである。特に、振動板と固定極の片方をエレクトレット材料で形成して半永久的に電荷を蓄えるようにした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、上記電荷量のばらつきが大きく、振動板と固定極からなる電極間の電圧のばらつきが大きくなって感度のばらつきが大きくなる。

ところで、コンデンサマイクロホンユニットで電気音響変換されて出力される音声信号のレベルは極めて低い。そこで、本発明者は、コンデンサマイクロホンユニット出力レベルを高めるために、それぞれの振動板を同一平面上に配置した複数のコンデンサマイクロホンユニットを備え、一つのコンデンサマイクロホンユニットに接続されるインピーダンス変換器の出力が別のコンデンサマイクロホンユニットの接地側を駆動するように、各コンデンサマイクロホンユニットを直列に接続したコンデンサマイクロホンについて先に特許出願した（特許文献１参照）。

特許文献１記載のコンデンサマイクロホンによれば、直列接続されたコンデンサマイクロホンユニットの出力が加算されるため、マイクロホンの出力レベルを高めることができる。また、直列接続された一つのコンデンサマイクロホンユニット群の出力をホット側、直列接続された他方のコンデンサマイクロホンユニット群の出力をコールド側として平衡出力することによって、マイクロホンとしての出力レベルをさらに２倍にすることができる。このようにして、各マイクロホンユニットの出力を加算することにより、高い感度のコンデンサマイクロホンを得ることができ、相対的に雑音の等価音圧レベルを低くすることができる。

特許文献１に記載されているコンデンサマイクロホンのように、複数のマイクロホンユニットを用いて感度を高めるようにしたものにおいては、各マイクロホンユニットの感度にばらつきがないことが望まれる。仮に各マイクロホンユニットに感度のばらつきがあるとすれば、各マイクロホンユニットの振動板が同一面上にあり、かつ、見掛け上の指向軸が揃っていても、個々のマイクロホンユニットの指向軸がマイクロホンの指向軸からずれてしまい、指向軸が定まらないマイクロホンになってしまうからである。よって、各マイクロホンユニットの感度のばらつきをなくし、各マイクロホンユニットから出力される音声信号のレベルを同一にする必要がある。

しかるに、従来のコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンにおいて、個々のマイクロホンユニットの感度差が例えば±１ｄＢ以内になるように製造し調整することは、前述のようなばらつき要因があって極めて困難である。感度調整が可能なコンデンサマイクロホンを実現できれば便利であり、マイクロホンケースにマイクロホンユニットを組み込んだ後で、マイクロホンユニットの感度を調整することができればさらに便利である。特に、複数のマイクロホンユニットの出力信号を加算して出力するコンデンサマイクロホンにおいて個々のマイクロホンユニットの感度を調整できれば都合がよい。

特開２０１１-１００４６号公報

本発明は、感度調整が容易なコンデンサマイクロホンユニットを提供することを目的とする。
本発明はまた、複数のコンデンサマイクロホンユニットを備えたコンデンサマイクロホンにおいて、各コンデンサマイクロホンユニットをマイクロホンケースなどに組み付けた後であっても、個々のマイクロホンユニットの感度調整を可能にして、指向軸のずれのないコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明は、振動板と、間隔を空けて前記振動板と対向配置されている固定極と、前記振動板または前記固定極と接続されるインピーダンス変換器と、を有してなるコンデンサマイクロホンユニットを複数備えるコンデンサマイクロホンであって、各コンデンサマイクロホンユニットは、前記固定極または前記振動板から出力される信号のいずれかをインピーダンス変換器に入力し、前記振動板または前記固定極の片方が有するエレクトレット層により生じる成極電圧に直流電圧を加算して印加する電圧調整部材を有し、前記コンデンサマイクロホンユニットのうち、１のコンデンサマイクロホンユニットに係るインピーダンス変換器の出力が他のコンデンサマイクロホンユニットを駆動するように直列に接続されて形成されるコンデンサマイクロホンユニット群を有し、前記コンデンサマイクロホンユニット群は複数あり、複数の前記コンデンサマイクロホンユニット群のうち、固定極より出力される信号がインピーダンス変換器に入力されるコンデンサマイクロホンユニット群の前記電圧調整部材は、振動板に接続されていて、振動板より出力される信号がインピーダンス変換器に入力されるコンデンサマイクロホンユニット群の前記電圧調整部材は、固定極に接続されている、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ユニットによれば、電圧調整部材を調整することにより、振動板と固定極との間の電圧が調整され、コンデンサマイクロホンユニットの感度を容易に調整することができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンによれば、複数のコンデンサマイクロホンユニットを備えたコンデンサマイクロホンにおいて、個々のコンデンサマイクロホンユニットの振動板と固定極との間の電圧を電圧調整部材によって調整し、全てのコンデンサマイクロホンユニットの感度が同じになるように調整することができる。これにより、指向軸のずれのないコンデンサ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マイクロホンユニットの実施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の実施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ユニットおよびコンデンサマイクロホンの実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１において、符号２０はコンデンサマイクロホンエレメントを示しており、コンデンサマイクロホンエレメント２０は、所定の間隔をおいて対向配置されることによりコンデンサを構成する振動板２１と固定極２２を備えている。振動板２１と固定極２２は図示されない適宜のマイクロホンユニットケースに内蔵され、振動板２１と固定極２２との間には、その外周縁に沿って図示されないスペーサが介在することにより、このスペーサの厚みに相当する間隔が生じている。振動板２１と固定極２２の片方、例えば固定極２２の表面にはエレクトレット層が形成され、このエレクトレット層は半永久的に電荷を蓄えている。振動板２１は音波を受けて振動することができ、この振動により振動板２１と固定極２２との間隔が変化することにより振動板２１と固定極２２との間の静電容量が変化する。したがって、音声が電気音響変換され、音声信号として出力される。

エレクトレット層が上記のように電荷を蓄えていることにより、振動板２１と固定極２２との間に例えば１００Ｖ程度の成極電圧が生じている。振動板２１から見た固定極２２の成極電圧は−１００Ｖ程度になる。振動板２１には、直流電圧源ＶＣＣから、電圧調整部材である可変抵抗２３を経て直流電圧が印加されるように構成されている。可変抵抗２３は直流電圧源ＶＣＣとグランドＧＮＤとの間に接続され、可変抵抗２３の可変端子が、抵抗２４を経て振動板２１に接続されている。したがって、可変抵抗２３は、直流電圧源ＶＣＣの電圧を分圧して振動板２１に印加するようになっていて、この印加電圧を連続的に調整することができる。直流電圧源ＶＣＣの電圧は例えば３０Ｖ程度に設定されていて、可変抵抗２３の調整により０〜３０Ｖの範囲で分圧して振動板２１に印加することができる。よって、振動板２１と固定極２２との間に加わる等価成極電圧を約１００〜１３０Ｖの範囲で調整することができるようになっている。

図１に示す例では固定極２２側から信号が出力されるようになっていて、この出力信号が結合コンデンサ２６を経てインピーダンス変換器２８に入力されるようになっており、また、固定極２２は抵抗２７を介してグランドに接続されている。インピーダンス変換器２８は、能動素子として例えばＦＥＴを有している。インピーダンス変換器２８は、直流電圧源ＶＣＣから駆動電圧が供給され、所定の部位がグランドに接続されることによって動作し、出力端子からマイクロホンユニットとしての出力信号を出力するようになっている。

一つのコンデンサマイクロホンユニットが単体で使用される場合、振動板２１はコンデンサ２５を介してグランドに接続されるが、図１に示す例では、コンデンサ２５はグランドから浮いている。この理由は、後で説明するように複数のマイクロホンユニットを直列に接続してコンデンサマイクロホンを構成する場合に、他のマイクロホンユニットの出力を、上記コンデンサ２５を介して図１に示すコンデンサマイクロホンユニットに入力するためである。

図１に示すコンデンサマイクロホンユニットの実施例によれば、振動板２１と固定極２２との間に生じている成極電圧に、電圧源ＶＣＣの電圧を電圧調整部材である可変抵抗２３により分圧して加算するように構成されているため、振動板２１と固定極２２との間に加わる等価成極電圧を約１００〜１３０Ｖの範囲で調整することができる。この等価成極電圧の可変範囲は、１１５Ｖ±１５Ｖと置き換えることができるから、コンデンサマイクロホンユニットの感度の可変範囲は約±１ｄＢ、すなわち２ｄＢの範囲で感度を調整することができる。可変抵抗２３はマイクロホンユニットの外側から調整可能に取り付けることができるから、感度調整は容易である。

次に、図１に示すようなコンデンサマイクロホンユニットを複数用いたコンデンサマイクロホンの実施例について、図２を参照しながら説明する。図２に示すコンデンサマイクロホンの実施例は、４個のコンデンサマイクロホンユニットを備え、図２において上側２個のマイクロホンユニットが一群のマイクロホンユニットを構成し、下側２個のマイクロホンユニットが他の一群のマイクロホンユニットを構成している。各マイクロホンユニットはマイクロホンエレメント１０，２０，３０，４０を有し、各マイクロホンエレメントは、振動板１１，２１，３１，４１、固定極１２，２２，３２，４２を有してなる。各マイクロホンユニットの振動板１１，２１，３１，４１は同一平面上に位置するように配置されている。

図２において上側２個のコンデンサマイクロホンユニットからなるマイクロホンユニット群について説明する。図２において上から２個目のマイクロホンユニットは図１に示すマイクロホンユニットと同じ構成である。図２において上から１個目のマイクロホンユニットは、２個目のマイクロホンユニットとほぼ同様の構成で、所定の間隔をおいて対向配置された振動板１１と固定極１２を有してなるマイクロホンエレメント１０を備えている。振動板１１と固定極１２の片方、例えば固定極１２の表面には半永久的に電荷を蓄えているエレクトレット層が形成されている。振動板１１が音波を受けて振動すると振動板１１と固定極１２との間隔が変化し、振動板１１と固定極１２との間の静電容量が変化して音声が電気音響変換され、音声信号として出力される。

エレクトレット層が電荷を蓄えていることにより、振動板１１と固定極１２との間に成極電圧が生じていて、振動板１１から見た固定極１２の成極電圧は−１００Ｖ程度になっている。直流電圧源ＶＣＣとグランドＧＮＤとの間に可変抵抗１３が接続され、可変抵抗１３の可変端子が、抵抗１４を経て振動板１１に接続されている。したがって、可変抵抗１３は、直流電圧源ＶＣＣの電圧を分圧して振動板１１に印加し、この印加電圧を連続的に調整することができるように構成されている。前述のとおり、直流電圧源ＶＣＣの電圧は例えば３０Ｖ程度に設定されていて、可変抵抗１３の調整により、振動板１１と固定極１２との間に加わる等価成極電圧を約１００〜１３０Ｖの範囲で調整することができるようになっている。

固定極１２側から信号が出力されるようになっていて、この出力信号が結合コンデンサ１６を経てインピーダンス変換器１８に入力されるようになっており、また、固定極１２は抵抗１７を介してグランドに接続されている。インピーダンス変換器１８は、能動素子として例えばＦＥＴを有している。インピーダンス変換器１８は、直流電圧源ＶＣＣから駆動電圧が供給され、所定の部位がグランドに接続されることによって動作し、出力端子からマイクロホンユニットとしての出力信号を出力するようになっている。振動板１１はコンデンサ１５を介してグランドに接続されている。

図２において上から２個目のマイクロホンユニットは図１に示すマイクロホンユニットと同じ構成になっているため、各構成部材には図１に示す実施例の各構成部材と共通の符号を付している。図２において上から１個目のマイクロホンユニットにおけるインピーダンス変換器１８の出力端は、上から２個目のマイクロホンユニットにおける前記コンデンサ２５の一端に接続されている。したがって、上から１個目のコンデンサマイクロホンユニットが有しているインピーダンス変換器１８の出力が上から２個目のコンデンサマイクロホンユニットを駆動するように、上記２つのコンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されている。直列接続された２つのコンデンサマイクロホンユニットは、下側のマイクロホンユニットのインピーダンス変換器２８から音声信号を出力するようになっている。

上記２つのマイクロホンユニットは、それぞれが備えている可変抵抗１３，２３を調整することにより、上記各マイクロホンユニットの感度を調整することができる。各マイクロホンユニットの振動板１１，１２が同一面上に配置されていたとしても、各マイクロホンユニットの感度がばらついていると、前述のとおり、マイクロホンとしての指向軸が定まらなくなる。しかし、図示の実施例によれば、個々のマイクロホンユニットの感度を可変抵抗１３，２３の調整によって揃えることができるため、マイクロホンとしての指向軸が定まらないという問題を解消することができる。

図２に示すコンデンサマイクロホンの実施例は、上側２個のマイクロホンユニットで平衡出力のホット側信号を出力し、下側の２個すなわち上から３個目と４個目のマイクロホンユニットで平衡出力のコールド側信号を出力するように構成されている。

上から３個目のマイクロホンユニットは、上記２つのマイクロホンユニットの各構成部材に対応して、マイクロホンエレメント３０、振動板３１、固定極３２、可変抵抗３３、抵抗３４、コンデンサ３５、結合コンデンサ３６、抵抗３７、インピーダンス変換器３８を有してなる。振動板３１と固定極３２との間には成極電圧が生じており、可変抵抗３３によって可変される直流電圧が上記成極電圧に印加される構成になっているのは、前記マイクロホンユニットと同じである。

上から４個目のマイクロホンユニットも、上側２つのマイクロホンユニットの各構成部材に対応して、マイクロホンエレメント４０、振動板４１、固定極４２、可変抵抗４３、抵抗４４、コンデンサ４５、結合コンデンサ４６、抵抗４７、インピーダンス変換器４８を有してなる。振動板４１と固定極４２との間には成極電圧が生じており、可変抵抗４３によって可変される直流電圧が上記成極電圧に印加される構成になっているのは、前記マイクロホンユニットと同じである。

下側２個のマイクロホンユニットの構成が上側２個のマイクロホンユニットの構成と異なる点は、直流電圧源ＶＣＣの電圧を可変抵抗３３，４３で分圧して印加する対象が、振動板３１，４１ではなく、固定極３２，４２になっていることである。また、個々のマイクロホンユニットの出力信号が、固定極３２，４２ではなく、振動板３１，４１側から出力されるようになっていることである。したがって、上から３個目のマイクロホンユニットの固定極３２はコンデンサ３５を介してグランドに接続され、振動板３１が結合コンデンサ３６を介してインピーダンス変換器３８に接続されている。そして、インピーダンス変換器３８の出力が、上から４個目のマイクロホンユニットの固定極４２にコンデンサ４５を介して入力されるように接続されている。換言すれば、上から３個目のコンデンサマイクロホンユニットが有しているインピーダンス変換器３８の出力が上から４個目のコンデンサマイクロホンユニットを駆動するように、上記２つのコンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されている。直列接続された上記２つのコンデンサマイクロホンユニットは、下側のマイクロホンユニットのインピーダンス変換器４８から音声信号を出力するようになっている。

図２に示す実施例において、直列的に接続された上側２個のマイクロホンユニットと、直列的に接続された下側２個のマイクロホンユニットでは、電気音響変換信号の出力端が、固定極１２，２２と、振動板３１，４１に分かれている。したがって、上側２個のマイクロホンユニットの出力信号と、下側２個のマイクロホンユニットの出力信号とでは、位相が互いに逆になっていて、それぞれ平衡出力のホット側信号とコールド側信号を出力するようになっている。

図２に示すコンデンサマイクロホンの実施例によれば、２つのコンデンサマイクロホンユニットが直列的に接続されて出力レベルがほぼ２倍に高められる。出力レベルが２倍に高められた信号が平衡出力のホット側とコールド側の信号として出力されることにより、出力レベルがさらに２倍に高められ、結果的には４倍の出力レベルとなり、高感度のコンデンサマイクロホンを得ることができる。

個々のコンデンサマイクロホンユニットは可変抵抗１３，２３，３３，４３を備えていて、これらの可変抵抗を調整することにより、個々のコンデンサマイクロホンユニットの感度を調整することができる。したがって、個々のコンデンサマイクロホンユニットが感度をばらつかせる要因を持っていたとしても、個々のマイクロホンユニットの感度を調整して感度のばらつきをなくし、指向軸のずれや傾きのないコンデンサマイクロホンを得ることができる。

１１ 振動板
１２ 固定極
１３ 電圧調整部材（可変抵抗）
１８ インピーダンス変換器
２１ 振動板
２２ 固定極
２３ 電圧調整部材（可変抵抗）
２８ インピーダンス変換器
３１ 振動板
３２ 固定極
３３ 電圧調整部材（可変抵抗）
３８ インピーダンス変換器
４１ 振動板
４２ 固定極
４３ 電圧調整部材（可変抵抗）
４８ インピーダンス変換器

Claims (5)

1. 振動板と、間隔を空けて前記振動板と対向配置されている固定極と、前記振動板または前記固定極と接続されるインピーダンス変換器と、を有してなるコンデンサマイクロホンユニットを複数備えるコンデンサマイクロホンであって、
   各コンデンサマイクロホンユニットは、前記固定極または前記振動板から出力される信号のいずれかをインピーダンス変換器に入力し、前記振動板または前記固定極の片方が有するエレクトレット層により生じる成極電圧に直流電圧を加算して印加する電圧調整部材を有し、
   前記コンデンサマイクロホンユニットのうち、１のコンデンサマイクロホンユニットに係るインピーダンス変換器の出力が他のコンデンサマイクロホンユニットを駆動するように直列に接続されて形成されるコンデンサマイクロホンユニット群を有し、
   前記コンデンサマイクロホンユニット群は複数あり、
   複数の前記コンデンサマイクロホンユニット群のうち、
   固定極より出力される信号がインピーダンス変換器に入力されるコンデンサマイクロホンユニット群の前記電圧調整部材は、振動板に接続されていて、
   振動板より出力される信号がインピーダンス変換器に入力されるコンデンサマイクロホンユニット群の前記電圧調整部材は、固定極に接続されている、
   ことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 各コンデンサマイクロホンユニットの振動板は同一平面上に配置されている請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
3. 前記１つのコンデンサマイクホンユニット群は平衡出力のホット側信号を出力し、前記他のコンデンサマイクホンユニット群は平衡出力のコールド側信号を出力する、
   請求項１または２記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記１のコンデンサマイクホンユニット群のコンデンサマイクロホンユニットと前記他のコンデンサマイクホンユニット群のコンデンサマイクロホンユニットは、固定極から信号が出力されるものと振動板から信号が出力されるものに分かれていて、それぞれの群をなすコンデンサマイクロホンユニットの出力信号は互いに逆相である請求項３記載のコンデンサマイクロホン。
5. 電圧調整部材は可変抵抗からなり、外部から調整可能に設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。

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